PERHITUNGAN DAYA

Daya listrik dalam pengertiannya dapat dikelompokkan dalam dua kelompok sesuai dengan catu tenaga listriknya, yaitu :

1. Daya listrik DC

2. Daya listrik AC.

Daya listrik DC dirumuskan sebagai :

P = V . I

dimana :

P = daya (Watt)

V = tegangan (Volt)

I = arus (Amper)

Daya listrik AC ada 2 macam yaitu: daya untuk satu phase dan daya untuk tiga phase, dimana dapat dirumuskan sebagai berikut :

Pada sistem satu phase:

P = V.I. cos θ

Dimana :

V = tegangan kerja = 220 (Volt)

I = Arus yang mengalir ke beban (Amper)

cos θ = faktor daya (cos phi)

Pada sistem tiga phase :

P = √3.V.I. cos θ

dimana:

√3 = 1.73

V = tegangan antar phase =380 (Volt)

I = arus yang mengalir ke beban (Amper)

cos θ = faktor daya (cos phi)

Segitiga daya dapat digambarkan sebagai berikut :

S = daya semu = V*I

P = daya nyata (riil) = V*I*cos θ

Q = daya maya (imaginer) = V * I sin θ

Selanjutnya dapat digambarkan dalam segitiga daya

Contoh perhitungan

Sebuah lampu TL dengan daya 40 W mempunyai factor daya 0.8 berapa besar arus yang mengalir?

Jawab

TL = 40 W

Cos θ = 0.8

P = V*I* Cos θ

40W = VA*Cos θ

S = 40/0.8

S = 50 VA

S = V*I

I = 50/220

I = 0.227 A

PRINSIP KERJA GENERATOR SINKRON

* Wahyu Sunarlik
Abstrak :
Generator adalah suatu alat yang dapat mengubah tenaga mekanik menjadi energi listrik. Tenaga mekanik bisa berasal dari panas, air, uap, dll. Energi listrik yang dihasilkan oleh generator bisa berupa Listrik AC (listrik bolak-balik) maupun DC (listrik searah). Hal tersebut tegantung dari konstruksi generator yang dipakai oleh pembangkit tenaga listrik.
Generator berhubungan erat dengan hukum faraday. Berikut hasil dari hukum faraday “ bahwa apabila sepotong kawat penghantar listrik berada dalam medan magnet berubah-ubah, maka dalam kawat tersebut akan terbentuk Gaya Gerak Listrik ”
Disebut mesin sinkron, karena bekerja pada kecepatan dan frekuensi konstan di bawah kondisi ”Steady state”. Mesin sinkron bisa dioperasikan baik sebagai generator maupun motor. Mesin sinkron bila difungsikan sebagai motor berputar dalam kecepatan konstan.
Apabila dikehendaki kecepatan yang bersifat variabel, maka motor sinkron dilengkapi dengan pengubah frekuensi seperti Inverter atau Cyclo-converter.
Kata kunci :
Generator, Rotor, Motor Sinkron, Gaya Gerak Listrik ( ggl )
Pendahuluan
Sebagian besar energi listrik yang dipergunakan oleh konsumen untuk kebutuhan sehari-hari dihasilkan oleh generator sinkron phasa banyak (polyphase) yang ada di pusat pembangkit tenaga listrik. Generator sinkron yang dipergunakan ini mempunyai rating daya dari ratusan
sampai ribuan mega Volt Ampere (MVA).
Disebut mesin sinkron, karena bekerja pada kecepatan dan frekuensi konstan di bawah kondisi ”Steady state”. Mesin sinkron bisa dioperasikan baik sebagai generator maupun motor. Mesin sinkron bila difungsikan sebagai motor berputar dalam kecepatan konstan.
Apabila dikehendaki kecepatan yang bersifat variabel, maka motor sinkron dilengkapi dengan pengubah frekuensi seperti Inverter atau Cyclo-converter.
Sebagai generator, beberapa mesin sinkron sering dioperasikan secara paralel, seperti dipusat-pusat pembangkit. Adapun tujuan dari paralel generator adalah menambah daya pasokan dari pembangkit yang dibebankan ke masing-masing generator yang dikirimkan ke beban.
Ada dua struktur medan magnet pada mesin sinkron yang merupakan dasar kerja dari mesin tersebut, yaitu kumparan yang mengalirkan penguatan DC dan sebuah jangkar tempat dibangkitkannya ggl arus bolak-balik. Hampir semua Mesin Sinkron mempunyai jangkar diam sebagai stator dan medan magnet berputar sebagai rotor. Kumparan DC pada medan magnet yang berputar dihubungkan pada sumber listrik DC luar melaui slipring dan sikat arang, tetapi ada juga yang tidak mempergunakan sikat arang arang disebut brushless excitation.
1. Generator
Generator adalah suatu alat yang dapat mengubah tenaga mekanik menjadi energi listrik. Tenaga mekanik bisa berasal dari panas, air, uap, dll. Energi listrik yang dihasilkan oleh generator bisa berupa Listrik AC (listrik bolak-balik) maupun DC (listrik searah). Hal tersebut tegantung dari konstruksi generator yang dipakai oleh pembangkit tenaga listrik.
Generator berhubungan erat dengan hukum faraday. Berikut hasil dari hukum faraday “ bahwa apabila sepotong kawat penghantar listrik berada dalam medan magnet berubah-ubah, maka dalam kawat tersebut akan terbentuk Gaya Gerak Listrik ”
Gaya Gerak Listrik (GGL)
Bila sebatang logam panjang berada di dalam medan listrik,(Eo), maka akan menyebabkan elektron bebas akan bergerak ke kiri yang akhirnya akan menimbulkan medan listrik induksi yang sama kuat dengan medan listrik (Gambar 1) sehingga kuat medan total menjadi nol. Dalam hal ini potensial kedua ujung logam menjadi sama besar dan aliran elektron akan berhenti, maka kedua ujung logam terdapat muatan induksi. Agar aliran elektron bebas berjalan terus maka harus muatan induksi ini terus diambil, sehingga pada logam tidak timbul medan listrik induksi. Dan sumber ggl (misal baterai) yang dapat membuat beda potensial kedua ujung logam harganya tetap, sehingga aliran electron tetap berjalan.
Gambar 1
Selanjutnya sumber ggl atau sering disebut sumber tegangan), bila dihubungkan dengan perumusan medan listrik, dapat dilakukan melalui hubungan kerja. Bila dalam rangkain tertutup ada sumber tegangan dengan ggl sebesar ?, muatan q mendapat tambahan energi q?, sehingga kerja yang dilakukan oleh medan listrik untuk menggerakkan muatan q dalam lintasan tertutup haruslah:
atau
Generator Arus Searah menghasilkan arus listrik DC karena pada konstruksi dilengkapi dengan komutator, biasanya berfungsi sebagai penguat pada generator utama di bengkel atau industri. Sedangkan Generator Arus Bolak-Balik menghasilkan arus listrik AC, hal ini disebabkan karena konstruksi pada generator menyebabkan arah arus akan berbalik pada setiap setengah putaran.
2 Konstruksi Mesin Sinkron
Ada dua struktur medan magnit pada mesin sinkron yang merupakan dasar kerja dari mesin tersebut, yaitu kumparan yang mengalirkan penguatan DC dan sebuah jangkar tempat dibangkitkannya ggl arus bola-balik. Hampir semua mesin sinkron mempunyai belitan ggl berupa stator yang diam dan struktur medan magnit berputar sebagai rotor. Kumparan DC pada struktur medan yang berputar dihubungkan pada sumber luar melaui slipring dan sikat arang, tetapi ada juga yang tidak mempergunakan sikat arang yaitu sistem brushless excitation.
Konstruksi dari sebuah Mesin Sinkron secara garis besar sebagai berikut.
2.1 Bentuk Penguatan
Seperti telah diuraikan di atas, bahwa untuk membangkitkan flux magnetik diperlukan penguatan DC. Penguatan DC ini bisa diperoleh dari generator DC penguatan sendiri yang seporos dengan rotor mesin sinkron.
Pada mesin sinkron dengan kecepatan rendah, tetapi rating daya yang besar, seperti generator
hydroelectric, maka generator DC yang digunakan tidak dengan penguatan sendiri, tetapi
dengan pilot exciter sebagai penguatan atau menggunakan magnet permanen.
Gambar 2 Generator sinkron tiga phasa dengan penguatan generator DC Pilot Exciter.
Alternatif lainnya untuk penguatan eksitasi adalah menggunakan Diode silikon dan Thyristor.
Dua tipe sistem penguatan ”Solid state” sebagai berikut.
• Sistem statis yang menggunakan Diode atau Thyristor statis, dan arus dialirkan ke rotor
melalui Slipring.
• Brushless system, pada sistem ini penyearah dipasangkan di poros yang berputar dengan
rotor, sehingga tidak dibutuhkan sikat arang dan slipring.
Gambar 3 Generator sinkron tiga phasa dengan sistem penguatan brushless exciter system.
2.2 Bentuk Rotor
Untuk medan rotor yang digunakan tergantung pada kecepatan mesin, mesin dengan
kecepatan tinggi seperti turbo generator mempunyai bentuk silinder
Gambar 4 , Rotor kutub silinder
Sedangkan mesin dengan kecepatan rendah seperti hydroelectric atau generator listrik diesel
mempunyai rotor kutub menonjol
Gambar 5 , Rotor kutub menonjol
2.3 Bentuk Stator
Stator dari mesin sinkron terbuat dari bahan ferromagnetik yang berbentuk laminasi untuk
mengurangi rugi-rugi arus pusar. Dengan inti ferromagnetik yang bagus berarti permebilitas
dan resistivitas dari bahan tinggi.
Gambar 6, Inti stator dan alur pada stator
Gambar 6, memperlihatkan alur stator tempat kumparan jangkar. Belitan jangkar (stator)
yang umum digunakan oleh mesin sinkron tiga phasa, ada dua tipe yaitu:
a. Belitan satu lapis (Single Layer Winding).
b. Belitan berlapis ganda (Double Layer Winding).
2.3.a. Belitan Stator Satu Lapis
Gambar 7, memperlihatkan belitan satu lapis karena hanya ada satu sisi lilitan didalam
masing-masing alur. Bila kumparan tiga phasa dimulai pada Sa, Sb, dan Sc dan berakhir di
Fa, Fb, dan Fc bisa disatukan dalam dua cara, yaitu hubungan bintang dan segitiga.
Antar kumparan phasa dipisahkan sebesar 120 derajat listrik atau 60 derajat mekanik, satu
siklus ggl penuh akan dihasilkan bila rotor dengan 4 kutub berputar 180 derajat mekanis. Satu
siklus ggl penuh menunjukkan 360 derajat listrik, adapun hubungan antara sudut rotor
mekanis αmek dan sudut listrik αlis, adalah:
αlis = P αmek
2
Gambar 7, Belitan satu lapis generator sinkron tiga phasa
Contoh:
Sebuah generator sinkron mempunyai 12 kutub. Berapa sudut mekanis ditunjukkan dengan
180 derajat listrik?
Jawaban:
Sudut mekanis antara kutub utara dan kutub selatan adalah:
αmek = 360 sudut mekanis = 30°
12 kutub
Ini menunjukkan 180 derajat listrik:
αlis = P αmek
2
= 12 × 30° = 180°
2
Untuk menunjukkan arah dari putaran rotor Gambar 8, (searah jarum jam), urutan phasa
yang dihasilkan oleh suplai tiga phasa adalah ABC, dengan demikian tegangan maksimum
pertama terjadi dalam phasa A, diikuti phasa B, dan kemudian phasa C.Kebalikan arah
putaran dihasilkan dalam urutan ACB, atau urutan phasa negatif, sedangkan urutan phasa
ABC disebut urutan phasa positif. Jadi ggl yang dibangkitkan sistem tiga phasa secara
simetris adalah:
EA = EA ∠ 0° Volt
EB = EB ∠ –120° Volt
EC = EC ∠ –240° Volt
Gambar 8, Urutan phasa ABC
Gambar 9, Belitan berlapis ganda generator sinkron tiga phasa
2.3.b. Belitan Berlapis Ganda
Kumparan jangkar yang diperlihatkan pada Gambar 7 hanya mempunyai satu lilitan per
kutub per phasa, akibatnya masing-masing kumparan hanya dua lilitan secara seri. Bila aluralur
tidak terlalu lebar, masing-masing penghantar yang berada dalam alur akan
membangkitkan tegangan yang sama. Masing-masing tegangan phasa akan sama untuk
menghasilkan tegangan per penghantar dan jumlah total dari penghantar per phasa.
Dalam kenyataannya cara seperti ini tidak menghasilkan cara yang efektif dalam penggunaan
inti stator, karena variasi kerapatan flux dalam inti dan juga melokalisir pengaruh panas dalam
daerah alur dan menimbulkan harmonik. Untuk mengatasi masalah ini, generator praktisnya
mempunyai kumparan terdistribusi dalam beberapa alur per kutub per phasa. Gambar 9
memperlihatkan bagian dari sebuah kumparan jangkar yang secara umum banyak digunakan.
Pada masing-masing alur ada dua sisi lilitan dan masing- masing lilitan memiliki lebih dari
satu putaran. Bagian dari lilitan yang tidak terletak ke dalam alur biasanya disebut winding
overhang, sehingga tidak ada tegangan dalam winding overhang.
3. Faktor Distribusi
Seperti telah dijelaskan diatas bahwa sebuah kumparan terdiri dari sejumlah lilitan yang
ditempatkan dalam alur secara terpisah. Sehingga, ggl pada terminal menjadi lebih kecil bila
dibandingkan dengan kumparan yang telah dipusatkan. Suatu faktor yang harus dikalikan
dengan ggl dari sebuah kumparan distribusi untuk menghasilkan total ggl yang dibangkitkan
disebut faktor distribusi Kd untuk kumparan. Faktor ini selalu lebih kecil dari satu.
Diasumsikan ada n alur per phasa per kutub, jarak antara alur dalam derajat listrik, adalah :
ψ = 180 derajat listrik di mana m menyatakan jumlah phasa.
n x m
Gambar 10 Diagram phasor dari tegangan induksi lilitan
Perhatikan Gambar 10 diatas , di sini diperlihatkan ggl yang dinduksikan dalam alur 2 akan
tertinggal (lagging) dari ggl yang dibangkitkan dalam alur 1 sebesar ψ = 15 derajat listrik,
demikian pula ggl yang dinduksikan dalam alur 3 akan tertinggal 2ψ derajat, dan seterusnya.
Semua ggl ini ditunjukkan masing-masing oleh phasor E1, E2, E3, dan E4 . Total ggl stator per
phasa E adalah jumlah dari seluruh vektor.
E = E1 + E2 + E3 + E4
Total ggl stator E lebih kecil dibandingkan jumlah aljabar dari ggl lilitan oleh faktor.
Kd = Jumlah Vektor = E1+ E2 + E3 + E4
Jumlah Aljabar 4 x E lilitan
Kd adalah faktor distribusi, dan bisa dinyatakan dengan persamaan:
Kd = Sin(1/ 2n ψ )
nSin(ψ / 2)
Keuntungan dari kumparan distribusi, adalah memperbaiki bentuk gelombang tegangan
yang dibangkitkan, seperti terlihat pada Gambar 11.
Gambar 11 Total ggl Et dari tiga ggl sinusoidal
4. Faktor Kisar
Gambar 12 Kisar kumparan
Gambar 12 tersebut di atas memperlihatkan bentuk kisar dari sebuah kumparan, bila sisi
lilitan diletakkan dalam alur 1 dan 7 disebut kisar penuh, sedangkan bila diletakkan dalam
alur 1 dan 6 disebut kisar pendek, karena ini sama dengan 5/6 kisar kutub.
Kisar: 5/6 = 5/6 × 180 derajat = 150 derajat
1/6 = 1/6 × 180 derajat = 30 derajat.
Kisar pendek sering digunakan, karena mempunyai beberapa keuntungan, di antaranya:
• Menghemat tembaga yang digunakan.
• Memperbaiki bentuk gelombang dari tegangan yang dibangkitkan.
• Kerugian arus pusar dan Hysterisis dikurangi.
Faktor Kisar = Jumlah Vektor ggl induksi lilitan = Kp
Jumlah Aljabar ggl induksi lilitan
EL ggl yang diinduksikan pada masing-masing lilitan, bila lilitan merupakan kisar penuh,
maka total induksi = 2 EL
Gambar 13 Vektor tegangan lilitan
Kisar pendek dengan sudut 30 derajat listrik, seperti diperlihatkan pada Gambar 10, maka
tegangan resultannya adalah :
E = 2 EL · Cos 30/2
Kp = E = 2 EL Cos30/2 = = Cos 15°
2 ⋅EL 2 EL
Atau Kp = Cos 30 = Cos α = Sin p 0
2 2 2
di mana p° adalah kisar kumparan dalam derajat listrik.
Prinsip Kerja Generator Sinkron
Kecepatan rotor dan frekuensi dari tegangan yang dibangkitkan berbanding secara langsung.
Gambar 17 memperlihatkan prinsip kerja dari sebuah generator AC dengan dua kutub, dan
dimisalkan hanya memiliki satu lilitan yang terbuat dari dua penghantar secara seri, yaitu
penghantar a dan a’.
Lilitan seperti ini disebut Lilitan terpusat, dalam generator sebenarnya terdiri dari banyak
lilitan dalam masing-masing Phasa yang terdistribusi pada masing-masing alur stator dan
disebut Lilitan terdistribusi.
Diasumsikan rotor berputar searah jarum jam, maka flux medan rotor bergerak sesuai lilitan
jangkar. Satu putaran rotor dalam satu detik menghasilkan satu siklus per ditik atau 1 Hertz
(Hz). Bila kecepatannya 60 revolution per menit (Rpm), frekuensi 1 Hz.
Untuk frekuensi f = 60 Hz, maka rotor harus berputar 3600 Rpm. Untuk kecepatan rotor n
rpm, rotor harus berputar pada kecepatan n/60 revolution per detik (rps). Bila rotor
mempunyai lebih dari 1 pasang kutub, misalnya P kutub maka masing-masing revolution dari
rotor menginduksikan P/2 siklus tegangan dalam lilitan stator. Frekuensi dari tegangan
induksi sebagai sebuah fungsi dari kecepatan rotor.
f = P n Hertz
2 60
Untuk generator sinkron tiga phasa, harus ada tiga belitan yang masing-masing terpisah
sebesar 120 derajat listrik dalam ruang sekitar keliling celah udara seperti diperlihatkan pada
kumparan a – a’, b – b’ dan c – c’ pada gambar 14 dibawah ini :
Gambar 14 Diagram generator AC satu phasa dua kutub
Gambar 15 Diagram generator AC tiga phasa dua kutub
Masing-masing lilitan akan menghasilkan gelombang Fluksi sinus satu dengan lainnya
berbeda 120 derajat listrik. Dalam keadaan seimbang besarnya fluksi sesaat :
ΦA = Φ m · Sin ωt
ΦB = Φ m · Sin (ωt – 120°)
ΦC = Φ m · Sin (ωt – 240°)
a. Generator Tanpa Beban
Apabila sebuah mesin sinkron difungsikan sebagai generator dengan diputar pada kecepatan
sinkron dan rotor diberi arus medan (If), maka pada kumparan jangkar stator akan
diinduksikan tegangan tanpa beban (Eo), yaitu : Eo = 4,44 · Kd · Kp · f · φm · T Volt
Dalam keadaan tanpa beban arus jangkar tidak mengalir pada stator, sehingga tidak terdapat
pengaruh reaksi jangkar. Fluk hanya dihasilkan oleh arus medan (If). Bila besarnya arus
medan dinaikkan, maka tegangan output juga akan naik sampai titik saturasi (jenuh) seperti
diperlihatkan pada Gambar 16 (a). Kondisi Generator tanpa beban bisa digambarkan
rangkaian ekuivalennya seperti diperlihatkan pada Gambar 16 (b).
( a ) ( b )
Gambar 16 Kurva dan rangkaaian ekuivalen generator tanpa beban
b. Generator Berbeban
Bila Generator diberi beban yang berubah-ubah maka besarnya tegangan terminal V akan
berubah-ubah pula. Hal ini disebabkan adanya kerugian tegangan pada:
• Resistansi jangkar Ra
• Reaktansi bocor jangkar XL
• Reaksi Jangkar Xa
 Resistansi Jangkar
Resistansi jangkar/phasa Ra menyebabkan terjadinya tegangan jatuh (Kerugian
tegangan) / phasa I · Ra yang sephasa dengan arus jangkar.
 Reaktansi Bocor Jangkar
Saat arus mengalir melalui penghantar jangkar, sebagian fluk yang terjadi tidak
mengimbas pada jalur yang telah ditentukan, hal seperti ini disebut fluk bocor.
 Reaksi Jangkar
Adanya arus yang mengalir pada kumparan jangkar saat generator dibebani akan
menimbulkan fluksi jangkar (φA) yang berintegrasi dengan fluksi yang dihasilkan pada
kumparan medan rotor (φF), sehingga akan dihasilkan suatu fluksi resultan sebesar :
φR = φF + φA
Interaksi antara kedua fluksi ini disebut sebagai reaksi jangkar, seperti diperlihatkan pada
Gambar 17 yang mengilustrasikan kondisi reaksi jangkar untuk jenis beban yang berbedabeda.
Gambar 17a, memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat generator dibebani tahanan (resistif)
sehingga arus jangkar Ia sephasa dengan ggl Eb dan φA akan tegak lurus terhadap φF.
Gambar 17b, memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat generator dibebani kapasitif,
sehingga arus jangkar Ia mendahului ggl Eb sebesar θ dan φA terbelakang terhadap φF
dengan sudut (90 – θ).
Gambar 175c, memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat dibebani kapasitif murni yang
mengakibatkan arus jangkar Ia mendahului ggl Eb sebesar 90° dan φA akan memperkuat φF
yang berpengaruh terhadap pemagnetan.
Gambar 17d, memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat arus diberi beban induktif murni
sehingga mengakibatkan arus jangkar Ia terbelakang dari ggl Eb sebesar 90° dan φA akan
memperlemah φF yang berpengaruh terhadap pemagnetan.
Gambar 17 Kondisi reaksi jangkar
Kesimpulan :
 Mesin sinkron bisa dioperasikan baik sebagai generator maupun motor.
 Generator sinkron tiga phasa memiliki dua jenis eksitasi
a) dengan penguatan generator DC pilot exciter.
b) penguatan brushless.
 Bentuk rotor mesin sinkron berkecepatan tinggi seperti turbo generator mempunyai bentuk silinder, sedangkan mesin dengan kecepatan rendah seperti hydroelectric mempunyai rotor kutub menonjol.
 Stator dari mesin sinkron terbuat dari bahan ferromagnetik, belitan stator berupa belitan
satu lapis atau belitan lapis anda.
 Belitan stator satu lapis karena hanya ada satu sisi lilitan di dalam masing-masing alur.
 Pada masing-masing alur ada dua sisi lilitan dan masing-masing lilitan memiliki lebih dari
satu putaran.
 Pada belitan stator mengandung faktor ditribusi dan faktor kisar belitan yang besarnya lebih kecil dari satu.
 Tegangan efektif per phasa bila faktor distribusi dan faktor kisar dimasukkan, berlaku
rumus. E = 4,44 · Kd · Kp · f · φ · T Volt
 Frekuensi dari tegangan induksi sebagai sebuah fungsi dari kecepatan rotor,
f = P n Hertz
2 60
 Mesin sinkron difungsikan sebagai generator, rotor diputar pada kecepatan sinkron dan belitan medan rotor diberi arus medan (If), maka pada kumparan stator akan diinduksikan tegangan.
 Ada perbedaan karakteristik saat generator tanpa beban dan generator berbeban.
 Saat generator berbeban mengalir arus pada jangkar, maka besarnya tegangan terminal V
akan berubah-ubah, hal ini disebabkan adanya kerugian tegangan pada: resistansi jangkar
Ra; reaktansi bocor jangkar; reaksi jangkar.
Refferensi :
Arismunandar, W dan Tsuda, Koichi. (1983). Motor Diesel Putaran Tinggi. Pradnya
Paramitha. Jakarta
Karyanto, E (2000). Panduan Reparasi Mesin Diesel. Penerbit Pedoman Ilmu Jaya. Jakarta.
Motoren-Werke Mannhem AG. (1999). Diesel Generator Sets with Four-Stroke Diesel
Engines. Lieferwerk munchen suddeutsche bremsen-AG. Germany
PT PLN JASDIKLAT. (1997). Generator. PT PLN Persero. Jakarta
PT PLN JASDIKLAT. (1997). Pengoperasian Mesin Diesel. PT PLN Persero. Jakarta.
Sumanto. (1996). Mesin Sinkron. Andi Yogyakarta. Yogyakarta

Sistem TenagaListrik

1
Tenaga listrik dihasilkan di pusat-pusat pembangkit tenaga listrik. Biasanya
mereka, terletak jauh dari pusat-pusat beban – terdiri dari beban rumah tangga,
komersil, dan industri-. Karenanya listrik didistribusikan – melalui sistem transmisi
dan distribusi- ke pusat-pusat beban tersebut.
Gambar 1.1. Ilustrasi sistem tenaga listrik dari pembangkitan ke konsumen akhir
2
Keseluruhan proses pembangkitan, transmisi dan distribusi ke pusat-pusat beban kita
sebut sebagai Sistem Tenaga Listrik (STL). Secara umum dapat dijabarkan menjadi
sistem pembangkitan, sistem transmisi dan sistem distribusi. Gambar 1.2 .
menunjukkan secara diagram STL di sistem interkoneksi jawa bali. Besaran listrik
dimasing-masing subsistem hanya sekedar ilustrasi, pada sistem sesungguhnya
mungkin berbeda.
S
380 V 220 V
20 kV
500, 150 kV
11-25 kV
Pembangkitan
Transmisi
Distribusi
Frekuensi 50 Hz
M
Gambar 1.2. Diagram Sistem Tenaga Listrik
Diagram tersebut hanya digunakan untuk menunjukkan perubahan-perubahan besaran
listrik di masing-masing subsistem
Subsistem Pembangkitan
3
Ada beberapa sumber tenaga yang dapat digunakan untuk menghasilkan
tenaga. Batubara, minyak, air, panas bumi dan uranium adalah sebagian jenis sumber
tenaga yang bisa digunakan untuk menghasilkan tenaga.
Sumber tenaga menggerakkan turbin air, turbin gas, turbin uap dan
disambungkan ke suatu generator AC. Generator AC diputar oleh turbin untuk
mengkonversi daya mekanis ke energi listrik.
Gambar 1.3. Ilustrasi Pembangkitan tenaga “Batubara”
4
.
Gambar 1.4. Ilustrasi PLTA
Tegangan listrik di subsistem pembangkitan berada dalam kisaran 11 s.d 25
kV dan frekuensi sebesar 50Hz. Pada pembangkit Suralaya dengan kapasitas daya
mampu 3.212 MW misalnya, menggunakan tegangan pembangkitan sebesar 23 kV.
Pembangkit Mrica, salah satu PLTA di Jawa Tengah menggunakan tegangan
pembangkitan 13,8 kV. Dan Pembangkit Kamojang salah satu PLTP, menggunakan
tegangan pembangkitan 11,8 kV.
Generator AC bekerja sesuai dengan teori induksi elektromagnetis. Secara
sederhana dapat dijelaskan bahwa ketika konduktor bergerak dalam suatu medan
magnet maka tegangan induksi akan dihasilkan. Secara umum generator terdiri dari
5
medan magnet, dinamo, cincin geser, sikat-sikat, dan beberapa tipe hambatan.
Dinamo adalah sejumlah lilitan kawat penghantar.
Subsistem Transmisi
Fungsi dari generator di subsistem pembangkitan hanya sebatas mengubah
energi mekanik menjadi energi listrik. Agar lebih bermanfaat maka energi tersebut
harus didistribusikan kepada pelanggan-pelanggan melalui jalur transmisi. Hal ini
memungkinkan daya yang dihasilkan pada suatu lokasi pembangkit dapat digunakan
setiap saat pada lokasi lain yang berjarak beribu kilometer jauhnya.
Pentransmisian energi listrik dalam jumlah yang sangat besar melalui jarak
yang sangat jauh paling efisien dilakukan dengan cara meningkatkan tegangan dan
mengurangi arus pada saat yang bersamaan. Hal ini perlu untuk memperkecil energi
yang hilang menjadi panas di jalur transmisi, selain mengurangi biaya lain yang
terkait dengan penurunan arus, seperti konstruksi tower dan biaya konduktor.
Untuk meningkatkan tegangan subsistem pembangkitan dengan tegangan
menengah ke tegangan transmisi yang bertegangan tinggi digunakan transformator.
Transformator dimaksud adalah transformator berjenis stepup.
Ada beberapa pembatas tertentu dalam menggunakan sistem transmisi
tegangan-tinggi. Semakin tinggi tegangan yang ditransmisikan maka semakin sulit
dan mahal untuk mengisolasi dengan aman antar kawat saluran, juga antara kawat
6
saluran ke tanah. Karena alasan itu pada sistem tegangan-tinggi umunmya dikurangi
secara bertahap selama tegangan tersebut menuju ke daerah penggunaan akhir.
Pada sistem interkoneksi Jawa Bali digunakan tegangan transmisi sebesar
150 kV dan 500 kV dan frekuensi 50Hz. Sebagai gambaran PLTA mrica yang
menghasilkan tegangan pembangkitan sebesar 13,8 kV tegangannya dinaikkan ke
tegangan transmisi 150kV. Dan PLTU Suralaya dengan tegangan pembangkitan
sebesar 23 kV tegangannya dinaikkan ke tegangan transmisi sebesar 500 kV.
.
Gambar 1.5. Ilustrasi Sistem transmisi
Subsistem Distribusi
Tenaga yang dihasilkan pembangkit dan telah ditransmisikan belum dapat
secara langsung digunakan oleh konsumen. Pada sisi ini tegangan diturunkan dari
tegangan trnasmisi 150kV maupun 500kV menjadi tegangan distribusi sebesar 20 kV.
Proses penurunan tegangan menggunakan tranformator stepdown. Hal ini dilakukan
di Gardu Induk. Selanjutnya tenaga listrik diturunkan kembali dari 20kV menjadi
7
tegangan 380/220 Volt, untuk digunakan di tempat konsumen melalui transformator
tiang.
Pada beberapa konsumen industri mungkin saja tidak menggunakan tegangan
380/220 Volt. Disini akan disediakan trasformator khusus untuk pelanggan industri.
Hal ini karena beberapa mesin mereka menggunakan teganggan 6000 Volt misalnya.
Gambar 1.6. Ilustrasi Sistem Distribusi
Tenaga listrik dibeli dari perusahaan pembangkit listrik, masuk ke rumahrumah
melalui sebuah meteran dan sambungkan ke suatu pusat beban. Pelayanan
residensial dapat datang dari trafo tambahan baikk yang terpasang pada pusat beban
maupun yang ditanam dalam tanah.
8
Gambar 1.7. Ilustrasi saluran ke rumah
Pengamaman Sistem Daya
Grounding (Pentanahan) adalah salah satu aspek penting dalam sistem
distribusi listrik. Ini bertujuan untuk melindungi makhluk hidup dari bahaya sengatan
listrik dan harta benda dari kerusakan.
Lightning Arester (Penangkal petir) berhubungan dengan penangkal
Surja/sentakan, efektif saat ada bahaya sambaran petir atau surja tegangan.
Penangkal petir bekerja dengan prisip celah loncatan bunga api, seperti busi path
mobil. Satu sisi dari penangkal itu dihubungkan ke tanah, sisi yang lain dihubungkan
ke kawat yang dilindungi.
Overcurrent (Rele arus lebih) digunakan untuk melindungi sistem dari arus
beban lebih maupun arus hubung singkat. Arus beban lebih adalah arus yang
9
melebihi arus operasi normal,. Sedangkan arus hubung singkat adalah arus yang
disebabkan terjadinya hubung singkat pada jalur penghantar, bisa hubung singkat
dengan tanah maupun antar saluran.
Beban-lebih biasanya disebabkan oleh surja arus dalam waktu singkat (yang
tidak berbahaya) misalnya ketika motor distart atau transfotmator diberi tenaga. Arus
beban-lebih atau transien seperti itu adalah kejadian yang umum. Selang waktu
berlangsungnya arus tersebut sangat singkat, kenaikan suhu sangat kecil dan tidak ada
efek yang merusakkan pada komponen rangkaian (perlu alat proaktif tidak bereaksi
pada beban lebih). Beban lebih yang terus-menerus dapat diakibatkari oleh motor
rusak, peralatan dibebani lebih atau terlalu banyak beban pada satu rangkaian. Beban
lebih terus-menerus seperti itu merusakkan dan harus dihentikan oleh alat pelindung
sebelum merusakkan jaringan distribusi atau beban sistem. Meskipun arus itu relatif
rendah magnitudonya dibanding dengan arus hubungan singkat, menghilangkan arus
beban-lebih dalam beberapa detik umumnya akan mencegah kerusakan alat.
Pelindung arus-lebih adalah hal penting untuk operasi yang aman bagi
semua sistem distribusi bertegangan sedang dan tegangan-tinggi yang digunakan pada
pabrik-industri. Sekering adalah pelindung arus-lebih yang dapat dipercaya.
Penghubung yang dapat meleleh atau penghubung yang dimasukkan dalam tabung
dan dihubungkan dengan terminal kontak adalah merupakan elemen pokok sekering
sederhana. Tahanan listrik sambungan itu demikian rendah sehingga bertindak
sebagai penghantar dengan mudah, tetapi, ketika terjadi arus yang dapat
10
menghancurkan, sambungan meleleh dengan sangat cepat dan membuka rangkaian
untuk melindungi penghantar dan komponen rangkaian yang lain serta beban.
Meskipun mempunyai sifat istimewa seperti itu, sekering tidak dimungkinkan untuk
digunakan sebagai alat pemutus rangkaian.
Pemilihan sekering untuk instalasi-khusus harus memenuhi persyaratan
frekuensi, tegangan dan arus yang sudah ditetapkan sebelumnya. Tersedia sekering
baik untuk sistem frekuensi 25 sampai dengan 60 Hz. Batas tegangan-kerja (rating)
untuk sekering adalah tegangan tertinggi di mana sekering dirancang untuk
memutuskan arus dengan aman (sekering dapat digunakan pada setiap tegangan sama
atau lebih rendah dan tegangan kerja tanpa mempengaruhi karakteristik kerjanya).
Circuit Breaker-CB (Pemutus rangkaian) adalah saklar yang secara otomatis
membuka/memutus rangkaian listrik ketika terjadi kondisi beban-lebih. Seperti pada
peralatan yang lain. Pemutus rangkaian tersedia dalam beberapa rating tegangan
yaitu: tegangan-rendah, sedang dan tinggi
Pemutus tegangan rendah umumnya dioperasikan di udara bebas sehingga
tidak perlu pemutus busur api, karena busur api dapt padam dengan sendirinya oleh
isolasi udara. Sedangkan untuk tegangan tinggi busur api tidak bisa mati tanpa
pemadam. Pemadaman busur api pada CB dengan tegangan tinggi dapat dilakukan
dengan, hembusan udara, minyak, vakum dan gas SF6.
Pada CB minyak, kontak-kontak dicelupkan di dalam minyak yang
ditempatkan pada tangki logam. Sebagai pengganti pemadaman di dalam minyak,
11
pancaran bunga api dan CB hembusan udara dipadamkan oleh udara yang
dihembuskan. Pemutus dapat dibuka atau ditutup dengan pengungkit yang
dioperasikan dengan tangan atau secara otomatis.
Sistem Darurat
Apabila daya pada sistem listrik terganggu, kondisi yang mengganggu/
membahayakan aktivitas operasional produksi bisa terjadi. Misalnya penerangan meja
operasi di suatu rumah sakit, pelayanan online suatu bank dan lain-lain. Gangguan
daya pada industri dapat mengakibatkan terancamnya jiwa, hilangnya data yang
penting dan berhentinya sistem kendali.
Untuk kepentingan mengatasi terganggunya penyaluran daya maka
diperlukan suplai listrik darurat. Tidak semua kebutuhan listrik dapat ditangani oleh
sistem darurat. Hanya hal-hal penting yang mungkin ditangani, misalnya, alat bantu
kehidupan di rumah sakit, sistem kendali, penerangan darurat, mesin server dan lainlain.
Untuk kepentingan ini biasanya digunakan UPS.
Untuk menangani daya besar beberapa perusahaan dapat mempersiapkan
Generator Standbay. Perlu dicatat bahwa generator ini tidak bisa seketika melayani
begitu listrik PLN terganggu. Sehingga perlu didesain proses transisinya.

Electrical Switch Board

Electrical switch board atau dinamakan panel listrik adalah suatu susunan peralatan listrik / komponen listrik yang dirangkai atau disusun sedemikian rupa didalam suatu papan control (board)sehingga saling berkaitan dan membentuk fungsi sesuai dengan kebutuhan yang diinginkan.
Berikut ini contoh contoh nama panel beserta fungsi dan kegunaan:

MOTOR STARTER PANEL : adalah panel listrik yang fungsi utamanya mengoperasikan motor motor listrik yang meliputi pengasutan awal (starting),runningdan stoping dan dilengkapi dengan proteksi sesuai kebutuhan antara lain Circuit breaker, overload relay, phase failure relay dan lain lain .
Disebagian panel dilengkapi dengan metering sebagai fungsi monitoring baik yang berbentuk analog (jarum, lampu pilot,lidah getar) maupun yang berupa modul digital.
Yang termasuk motor starter panel antara lain :

- Star Delta Starter
- Direct On Line starter
- Double speed starter
- Slip ring motor starter
- Impedansi motor starter
- Resistor motor Starter
- Ototransformer starter
- Soft starter motor
- Variable speed motor starter
- Edy current motor starter

GENERATOR CONTROL PANEL : Adalah panel listrik yang fungsi utamanya untuk mengoperasikan generator yang meliputi starting , running, stoping, emergency stop dan dilengkapi dengan proteksi dan monitoring baik proteksi dan monitoring terhadap diesel engine maupun terhadap alternator (generator)

Proteksi terhadap engine antara lain meliputi :
- Low oil pressure
- High water temperature
- High Oil Temperature
- Over / Under speed
- Low voltage battery

Proteksi terhadap alternator antara lain meliputi :
- Over/under voltage
- Over/under Frekuensi
- Over current
- Overload
- Over temperature
- Reverse Power
- Unbalancing Voltage
- Unbalancing current
- Earth Fault


AMF & ATS PANEL (Automatic Mains Failure & Automatic Transfer Switch )

Adalah Panel yang secara system mempunyai fungsi control otomatic terhadap generator dan mains power dimana parameter listrik,control dan proteksi terhadap kedua sumber dapat terbaca dan terkontrol secara sistimatis .Komponen utama panel ini adalah modul control yang didalamnya berisi program program untuk menjalankan dan mengoperasikan system secara menyeluruh. Panel ini banyak digunakan diindustri ,perkantoran ,supermarket, rumah sakit dll

SYNCHRONIZING PANEL
Adalah panel yang berfungsi untuk mengoperasikan dua buah genset atau lebih yang bekerja secara parallel (bersamaan) agar didapat catu daya sumber yang dapat diatur sesuai dengan kebutuhan beban listrik disamping juga untuk efisiensi jika beban listrik dalam level rendah / ringan.Dengan adanya teknologi yang semakin pesat maka pengoperasian panel synchrone sudah sedemikian mudah karena dilengkapi dengan modul modul elektronik berteknologi tinggi yang secara keseluruhan sudah diatur secara otomatis.

MAINS DISTRIBUTION PANEL
Adalah panel yang berfungsi mendistribusikan sumber daya ke sub sub panel distribusi. Didalamnya terdapat Mains Breaker dan breaker breaker beban yang tersambung dengan panel Sub distribusi

KAPASITOR PANEL
Adalah Panel Yang berfungsi mengoptimalkan catu daya yang tersedia disamping itu berfungsi untuk :
- Mengurangi denda daya dari PLN jika power factor kurang dari 0,85
- Mengurangi disipasi panas pada kabel power
- Menaikkan tegangan jatuh pada rangkaian cabang akhir

Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org

Peralatan Energi Listrik: Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 1
LISTRIK
1. SKENARIO ENERGI DI MASA MENDATANG...................................1
2. PEMBANGKITAN & PENDISTRIBUSIAN LISTRIK ..........................2
3. FASE LISTRIK........................................................................................4
4. DAYA AKTIF DAN REAKTIF...............................................................5
5. KOREKSI FAKTOR DAYA....................................................................6
6. MANAJEMEN BEBAN LISTRIK...........................................................8
7. MEKANISME PENAGIHAN LISTRIK..................................................9
8. TRAFO................................................................................................... 11
9. FORMULA LISTRIK............................................................................13
10. REFERENSI ........................................................................................14
1. SKENARIO ENERGI DI MASA MENDATANG
Pemakaian listrik per kapita kadangkala digunakan sebagai indik ator perkembangan suatu
negara. Di negara yang sedang berkembang, industri merupakan pemakai listrik terbesar dan
sekitar 30 persen masyarakat belum dapat menikmati listrik.
Badan Energi Internasional meramalkan skenario berikut untuk tahun 2030 (IEA, 2004):
§ Akses terhadap listrik di negara yang sedang berkembang mencapai 78 persen dari
populasi penduduknya, dengan pemakaian rata-rata per kapitanya 2.136 kWh
Gambar 1: Penambahan pembangkitan & investasi sampai tahun 2030
(Badan Energi Internasional, 2004)
Peralatan Energi Listrik: Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 2
§ 1,4 milyar penduduk belum akan dapat memiliki akses terhadap lis trik. Investasi
tambahan diperlukan sebesar $665 milyar untuk mencapai akses 100 persen (lihat
Gambar 1) dan memberikankan akses keuntungan bagi masyarakat rata-rata 526
kWh/kapita. Mula-mula setiap orang hanya akan mendapatkan akses penggunaan listrik
sebagai substitusi bahan bakar tradisionil (LPG, minyak tanah) yang digunakan untuk
menutupi kebutuhan dasar. Hampir seluruh pasokan tambahan akan diperlukan di Afrika
(437 TWh) dan Asia Selatan (377 TWh), atau masing-masing terdapat peningkatan
sebesar 25 persen dan 18 persen.
IEA/ Badan Energi Internasional merekomendasikan hal- hal berikut untuk menjamin akses
terhadap listrik secara universal (IEA, 2004):
§ Renovasi dan modernisasi pembangkit listrik konvensional, dan sistim jaringan dan
pendistribusian dengan teknologi baru yang efisien dalam energi
§ Manajemen dari sisi permintaan: adopsi dan pelaksanaan penggunaan teknologi yang
efisien dalam energi.
§ Menciptakan kepedulian diantara anggota pengguna energi untuk pelaksanaan
pemantauan penghematan energi dan menerima teknologi baru bilamana tersedia.
2. PEMBANGKITAN & PENDISTRIBUSIAN LISTRIK
Gambar 2 memperlihatkan bahwa hampir
kebanyakan listrik dihasilkan oleh stasiun
daya listrik yang menggunakan bahan
bakar fosil (batubara, gas, minyak) dan
fasilitas nuklir yang menggunakan
uranium. Dikarenakan kepedulian
terhadap lingkungan dan keselamatan,
dan akhir-akhir ini kepedulian terhadap
keamanan energi sebagaimana pasokan
minyak tergantung pada sedikit negara,
sumber alternatif energi masih sedang
digali. Energi yang terbarukan
menyediakan 21 persen dari kebutuhan
energi dunia, termasuk PLTA/ daya air (20 persen), energi matahari, angin, panas bumi,
biomasa, dan ombak (sekitar 1 persen namun makin berkembang).
Gambar 3 memperlihatkan gambaran sederhana mengenai sistim kelistrikan, yang dijelaskan
dibawah ini.
Pembangkit (GT) Trafo
penurun
tegangan
Distribusi
1 0.6 KV 220 KV
Plant Daya Listrik Sistim Transmisi Sistim Pendistribusian
Gambar 2. Pembangkitan listrik di dunia
(Administrasi Informasi Energi US, 2004)
Peralatan Energi Listrik: Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 3
Gambar 3. Pembangkitan, transmisi dan distribusi daya listrik
Listrik umumnya dibangkitkan dengan pembangkit AC disebut “alternator” pada pembangkit
daya termal, air atau nuklir pada 50 atau 60 siklus per detik. Biasanya listrik dibangkitkan
pada sekitar 9 hingga 13 KV di terminal pembangkitnya. Daya yang dihasilkan oleh satu
pembangkit (dikenal juga dengan istilah UNIT) berada pada kisaran 67,5 MW, 110 MW, 220
MW, 500 MW, dan ada juga yang mencapai 1000 MW atau lebih. Tingkat MW yang lebih
tinggi lebih disukai karena lebih rendahnya pemakaian daya pembantu, biaya perawatan dan
biaya operasi per MW yang dihasilkan.
Listrik harus dibangkitkan hanya jika diperlukan, sebab listrik tidak dapat disimpan. Daya
yang dihasilkan disalurkan ke pengguna melalui jaringan transmisi dan distribusi, yang
terdiri dari trafo, jalur transmisi dan peralatan kontrol. Seluruh stasiun daya memiliki trafo
pembangkit (GTs) yang meningkatkan tegangan menjadi tegangan ekstra tinggi (EHV, misal
132 KV, 220 KV, 400 KV) sebelum ditransmisikan. Mentransmisikan daya pada tegangan
tinggi mempunyai keuntungan dapat mengurangi kehilangan selama transmisi dan dapat
digunakan jalur transmisi yang lebih kecil dan lebih ekonomis, hal ini diperlihatkan pada
Tabel 1. Kemudian, pada sub-stasiun dipasang trafo penurun, yang akan menurunkan
tegangan untuk didistribusikanan ke pengguna industri, perdagangan dan pemukiman melalui
jalur distribusi.
Tidak terdapat perbedaan antara jalur transmisi dan jalur distribusi kecuali tingkat tegangan
dan kemampuan penanganan dayanya. Jalur transmisi beroperasi pada EHV dan biasanya
mampu mentransmisikan energi listrik dalam jumlah besar yang melintasi jarak yang sangat
jauh. Jalur distribusi membawa daya dalam jumlah terbatas pada tegangan lebih rendah
dengan jarak yang pendek.
Tabel 1. Keuntungan Transmisi Tegangan Tinggi
Alasan Penjelasan Keuntungan
Lebih sedikit terjadi
penurunan tegangan
Penurunan tegangan pada jalur
transmisi/distribusi tergantung pada
tahanan, reaksi dan panjang jalur, dan arus
yang terambil. Untuk jumlah daya yang
sama yang dialirkan, tegangan yang lebih
tinggi menghasilkan arus terambil lebih
rendah dan penurunan tegangan yang
lebih rendah.
Pengaturan
tegangan yang
baik (perbedaan
antara tegangan
yang terkirim dan
diterima sekecil
mungkin).
Lebih sedik it terjadi
kehilangan daya
Daya yang hilang pada jalur sebanding
dengan hambatan (R) dan kuadrat arus (I),
jadi PLoss = I2R. Tegangan yang lebih
tinggi menghasilkan arus yang lebih
rendah sehingga kehilangan daya lebih
rendah.
Efisiensi
transmisi tinggi
Konduktor lebih kecil Tegangan yang lebih tinggi menghasilkan
arus yang lebih rendah sehingga hanya
diperlukan konduktor yang lebih kecil
untuk mengalirkan arus.
Investasi dan
biaya
pemasangan lebih
sedikit
Peralatan Energi Listrik: Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 4
Contoh
Jika tegangan dari daya yang didistribusikan meningkat dari 11 kV ke 33 kV, maka
penurunan tegangan dapat berkurang 1/3 dan kehilangan jalur akan lebih rendah dengan
faktor 1/9, atau (1/3)2.
3. FASE LISTRIK
Terdapat satu karakteristik utama dari pasokan listrik AC yang memerlukan penjelasan: fase.
Pada dasarnya pasokan listrik AC dibagi kedalam sirkuit satu fase dan tiga fase. Sirkuit AC
satu fase memiliki dua buah kawat yang dihubungkan ke sumber listrik. Tidak seperti sirkuit
DCyang arah arus listrik nya tidak berubah, maka dalam sirkuit AC arah arus berubah berkalikali
tiap detiknya tergantung pada frekuensi pasokan. Listrik 240 volt (V) yang dipasok ke
rumah kita merupakan listrik AC satu fase dan memiliki dua buah kawat: ‘aktif’ dan ‘netral’.
Jalur distribusi dapat terdiri dari empat jalur.
Tiga jalur membawa listrik dari tiga sirkuit
listrik, yang dibagi menjadi jalur netral yang
umum (tiga jalur aktif dan satu jalur netral).
Sistim 3 fase memiliki 3 bentuk gelombang
(biasanya membawa daya) yaitu 2/3 p radian
(120 derajat,1/3 siklus) untuk waktu tertentu.
Gambar 4 menunjukan sistim satu siklus tiga
fase, dari 0 hingga 360 derajat (2 p radians),
sepanjang aksis waktu. Garis yang diplotkan
menunjukan keragaman tegangan sesaat (atau
arus) dalam waktu. Siklus ini akan berulang 50
atau 60 kali per detiknya tergantung pada
frekuensi sistim dayanya. Warna garis
menyatakan kode pewarnaan Amerika untuk
sistim tiga fase: hitam =VL1 merah=VL2 biru=VL3.
Sistim pasokan tiga fase selanjutnya dinyatakan oleh hubungan bintang dan delta seperti
ditunjukkan dalam Gambar 5.
Il
Va
? I a
Vc
Vb
Gambar 4. Sistim listrik 3 fase
(Wikipedia contributors, 2005)
Hubungan Bintang
IL = Jalur arus = Ia = Fase arus
va=vb=vc = Jalur tegangan
n = Titik netral
Jalur tegangan = 1,732 X Fase tegangan
Peralatan Energi Listrik: Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 5
a Ila Il
Va
Ica Iab
c
Vc Ibc
Vb b
4. DAYA AKTIF DAN REAKTIF
Daya aktif, diukur dalam kilowatt (kW), merupakan daya nyata (daya poros, daya yang
sebenarnya) yang digunakan oleh beban untuk melakukan tugas tertentu. Terdapat beban
tertentu seperti motor, yang memerlukan bentuk lain dari daya yang disebut daya reaktif
(kVAR) untuk membuat medan magnet. Walaupun daya reaktif merupakan daya yang
tersendiri, daya ini sebenarnya merupakan beban (kebutuhan) pada suatu sistim listrik.
Utilitas harus membayar daya/ kebutuhan total seperti digambarkan dalam Gambar 6.
Penjumlahan vektor daya aktif dan reaktif merupakan daya total (nyata), diukur dalam kVA
(kilo Volts-Amperes). Daya ini merupakan daya yang dik irim oleh perusahaan energi ke
pelanggan. Secara matematis hal ini dapat dinyatakan sebagai:
kVA = Ö (KW)2 + (KVAR)2
Gambar 5. Hubungan bintang dan delta pada sistim listrik
Hubungan Delta
Va = Jalur tegangan = Fase tegangan
Ia=Ib=Ic = Jalur arus
Jalur arus = 1,732 X Fase arus
Daya total (kVA)
Yang anda bayar!
Daya Aktif (kW): Menghasilkan pekerjaan yang berguna
Daya reaktif (kVAR)
Menghasilkan medan
magnet
Gambar 6. Gambaran segitiga daya
Peralatan Energi Listrik: Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 6
Total atau daya
nyata (kVA)
Daya aktif (kW)
Daya reaktif
(kVAR)
Gambar 7. Factor Daya pada sirkuit listrik
Daya aktif
Faktor Daya = Daya total
kW
= kVA
= Kosinus (? )
5. KOREKSI FAKTOR DAYA
5.1 Apakah yang disebut Faktor Daya?
Faktor daya adalah perbandingan antara daya aktif (kW) dengan daya total (kVA), atau
kosinus sudut antara daya aktif dan total. Daya reaktif yang tinggi akan meningkatkan sudut
ini dan sebagai hasilnya faktor daya akan menjadi lebih rendah (Lihat Gambar 7).
Faktor daya selalu lebih kecil atau sama dengan satu. Secara teoritis, jika seluruh beban daya
yang dipasok oleh perusahaan listrik memiliki faktor daya satu, daya maksimum yang
ditransfer setara dengan kapasitas sistim pendistribusian. Sehingga, dengan beban yang
terinduksi dan jika faktor daya berkisar dari 0,2 hingga 0,3, kapasitas jaringan distribusi
listrik menjadi tertekan. Jadi, daya reaktif (kVAR) harus serendah mungkin untuk keluaran
kW yang sama dalam rangka meminimalkan kebutuhan daya total (kVA).
5.2 Kapasitor untuk Memperbaiki Faktor Daya
Faktor daya dapat diperbaik i dengan memasang kapasitor pengkoreksi faktor daya (lihat
gambar 8 dan 9) pada sistim distribusi daya pabrik. kapasitor bertindak sebagai pembangkit
daya reaktif dan oleh karenanya akan mengurangi jumlah daya reaktif, juga daya total yang
dihasilkan oleh bagian utilitas.
M
C
Utilitas pemasok
arus reaktif
Kapasitor pemasok
arus reaktif
Gambar8. Kapasitor sebagai arus kVAR
M
Peralatan Energi Listrik: Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 7
Sebuah contoh yang memperlihatkan perbaikan faktor daya dengan pemasangan kapasitor
ditunjukkan dibawah ini.
5.2 Keuntungan Perbaikan Faktor Daya dengan Penambahan Kapasitor
Keuntungan perbaikan faktor daya melalui pemasangan kapasitor adalah:
Bagi perusahaan:
§ Diperlukan hanya sekali investasi untuk pembelian dan pemasangan kapasitor dan tidak
ada biaya terus menerus.
§ Mengurangi biaya listrik bagi perusahaan sebab (a) daya reaktif (kVAR) tidak lagi
dipasok oleh perusahaan utilitas sehingga kebutuhan total (kVA) berkurang dan (b) nilai
denda yang dibayar jika beroperasi pada faktor daya rendah dapat dihindarkan.
§ Mengurangi kehilangan distribusi (kWh) dalam jaringan pabrik.
§ Tingkat tegangan pada beban akhir meningkat sehingga meningkatkan kinerja motor.
Bagi utilitas pemasok listrik
§ Komponen reaktif pada jaringan dan arus total pada sistim ujung akhir berkurang
Contoh
Sebuah pabrik kimia memasang sebuah
trafo 1500 kVA. Kebutuhan parik pada
mulanya 1160 kVA dengan faktor daya
0,70. Persentase pembebanan trafo sekitar
78 persen (116?0/1500 = 77.3 persen).
Untuk memperbaiki faktor daya dan untuk
mencegah denda oleh pemasok listrik,
pabrik menambahkan sekitar 410 kVAr
pada beban motor. Hal ini meningkatkan
faktor daya hingga 0,89, dan mengurangi
kVA yang diperlukan menjadi 913, yang
merupakan penjumlahan vektor kW dan
kVAr.
Trafo 1500 kVA kemudian hanya berbeban
60 persen dari kapasitasnya. Sehingga pabrik
akan dapat menambah beban pada trafonya
dimasa mendatang. (Studi lapangan NPC)
Gambar 9: Bank Kapasitor jenis film
(Copper Industries Inc. 2000)
Peralatan Energi Listrik: Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 8
§ Kehilangan daya I2R dalam sistim berkurang karena penurunan arus
§ Kemampuan kapasitas jaringan distribusi listrik meningkat, mengurangi kebutuhan untuk
memasang kapasitas tambahan
6. MANAJEMEN BEBAN LISTRIK
Di tingkat makro, meningkatnya konsumsi listrik dan kecenderungan menurunnnya konsumsi
listrik selama waktu tertentu pada siang hari dapat diatur untuk disesuaikan dengan
kebutuhan. Dengan mahalnya penambahan kapasitas dan hanya dapat dipasang dalam jangka
waktu yang panjang (terutama jika plant daya yang baru harus dibangun), manajemen
pembebanan yang lebih baik pada penggunaan akhir dapat membantu meminimalkan
kebutuhan puncak pada infrastruktur utilitas dan memperbaiki penggunaan kapasitas
pembangkit listrik. Beberapa teknik yang efektif untuk manajemen pembebanan diberikan
dalam Tabel 2.
Tabel 2: Strategi Manajemen Beban Puncak (Biro Efisiensi Energi, 2004)
Menggeser Beban Proses
yang Tidak Kritis dan Tidak
Kontinyu ke waktu bukan
Beban Puncak
Penjadwalan ulang beban listrik yang besar dan pengoperas ian peralatan,
pada sift kerja yang ada dapat direncanakan dan diterapkan untuk
meminimalkan permintaan maksimum secara bersamaan. Untuk maksud
ini, disarankan untuk mempersiapkan diagram alir operasi dan diagram
proses. Menganalisa diagram tersebut dengan pendekatan yang
terintegrasi, memungkinkan untuk melakukan penjadwalan ulang operasi
peralatan dengan berbagai cara untuk memperbaiki faktor beban yang
pada gilirannya akan menurunkan permintaan maksimum.
Membuang Beban yang
Tidak Penting selama Waktu
Beban Puncak
Bila permintaan maksimum cenderung mencapai batas yang sudah
ditentukan, pembuangan beberapa beban yang tidak perlu untuk
sementara waktu dapat menolong mengurangi beban. Dapat juga
dipasang sistim pemantauan langsung, yang akan mematikan beban yang
tidak perlu bila batas permintaan yang ditentukan telah tercapai. Sistim
yang sederhana adalah dengan membunyikan alarm, kemudian beban
dibuang secara manual. Sistim pengendali mikroprosesor yang canggih
juga tersedia, yang memberikan opsi pembuangan beban secara
otomatis.
Mengoperasikan
Pembangkitan di tempat atau
Penggunaan Pembangkit
Diesel selama Waktu Beban
Puncak
Jika digunakan pembangkit diesel (DG) untuk melengkapi daya yang
dipasok oleh utilitas listrik, disarankan untuk menggunakan DG untuk
waktu beban puncak. Hal ini akan mengurangi permintaan beban menuju
tingkat yang dapat dipertimbangkan dan meminimalkan biaya tagihan.
Mengoperasikan unit AC
selama waktu bukan beban
puncak dan menggunakan
penampung termis dingin
Memungkinkan untuk mengurangi permintaan maksimum dengan cara
membangun tempat penyimpanan produk/ bahan, air, air dingin/ air
panas, yang dioperasikan selama waktu beban rendah. Operasi pada
waktu beban rendah dapat menolong dalam menghemat energi
dikarenakan kondisi yang baik seperti suhu luar yang lebih rendah dll.
Pemasangan Peralatan
Pengkoreksi Faktor Daya
Permintaan maksimum dapat juga dikurangi pada pabrik dengan
menggunakan bank kapasitor dan menjaga faktor daya optimal. Sistim
tersebut menyala-matikan bank kapasitor untuk mencapai faktor daya
yang dikehendaki pada suatu sistim sehingga dapat mengoptimalkan
permintaan maksimum.
Peralatan Energi Listrik: Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 9
Suatu penyajian dari permintaan beban oleh pemakai terhadap waktu dikenal dengan nama
‘Kurva Beban’. Jika permintaan beban diplotkan untuk 24 jam pada satu hari, dikenal dengan
istilah ‘Kurva Beban Jam-an’ (lihat Gambar 10) dan jika permintaan harian diplotkan untuk
selama satu bulan, disebut ‘Kurva Beban Harian’.
Kurva beban berguna dalam memperkirakan pola permintaan daya rendah yang tinggi untuk
bagian pabrik, pabrik keseluruhan, jaringan distribusi, dll.
7. MEKANISME PENAGIHAN LISTRIK
Utilitas biasanya menerapkan struktur tarif dua bagian dalam tagihan listrikya untuk
perusahaan besar dan sedang:
§ Tagihan Energi –Biaya ini berkenaan dengan energi aktual atau daya aktif (kilowatt jam
atau kWh) yang dipakai selama satu bulan/ jangka waktu tagihan. Beberapa utilitas saat
ini mengenakan tagihan berdasarkan pada energi yang nyata terlihat (kVAh), yang
merupakan penjumlahan vektor kWh dan kVArh.
§ Tagihan Permintaan Maksimum –Tagihan ini merupakan tagihan permintaan maksimum
yang tercatat selama sebulan/ jangka waktu penagihan dengan laju utilitas yang sesuai.
Maksud dari pemberian hukuman/ penalti bagi beban puncak adalah untuk mendorong
pengguna akhir untuk mengurangi beban puncak. Perusahaan dapat mengatur beban
puncaknya (misal dengan mengurangi faktor daya) sehingga akan mengurangi tagihan
listrik bulanan, tanpa perlu mengurangi penggunaan listrik nya.
Komponen lain dari tagihan listrik adalah:
§ Hukuman/ penalty atau bonus faktor daya, yang diterapkan oleh hampir seluruh utilitas,
adalah mengambilan daya reaktif dari grid.
§ Biaya bahan bakar: penyesuaian biaya yang diterapkan oleh beberapa utilitas untuk
menyesuaikan biaya kenaikan bahan bakar terhadap nilai acuan dasar.
§ Tagihan listrik: tagihan tambahan berdasarkan jumlah listrik yang dipakai
§ Penyewaan meteran: biaya tetap setiap bulan untuk meteran energi yang dipasang
Gambar 10: Kurva beban harian industri
rekayasa
(Badan Produktivitas Nasional, India)
Peralatan Energi Listrik: Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 10
§ Pemakaian daya untuk penerangan dan fan: tagihan yang lebih tinggi dari biaya listrik
yang normal, yang dapat ditagihkan berdasarkan basis slab atau secara actual berdasarkan
meteran.
§ Tagihan Waktu dalam Sehari (Time Of Day/ TOD): berbagai tagihan untuk jam beban
puncak dan bukan puncak.
§ Hukuman/ penalti untuk penggunaan yang melebihi permintaan kontrak
Utilitas memasang sebuah elektromagnetik atau meteran trivector elektronik untuk maksud
penagihan, yang mengukur hal- hal berikut:
§ Pemakaian maksimum yang tercatat selama sebulan, yang diukur pada interval waktu
tertentu (misal 30 menit) dan disetel ulang pada setiap akhir siklus penagihan
§ Energi aktif dalam kWh selama siklus penagihan
§ Energi reaktif dalam kVArh selama siklus penagihan dan
§ Energi yang nyata kelihatan dalam kVAh selama siklus penagihan
Suatu kurva permintaan ditunjukkan
dalam Gambar 11. Pemakaian yang
terukur melebihi yang ditentukan pada
suatu interval waktu dan perhitungan
rata-ratanya yang terlihat pada garis
putus-putus.
Pemakaian maksimum akan menjadi
pemakaian tertinggi dari nilai
pemakaian yang dicatat dalam bulan
penagihan. Meteran mencatat hanya
jika nilai melampaui nilai pemakaian
maksimum sebelumnya dan bahkan jika
permintaan maksimum rata-ratanya
rendah, industri/fasilitas dipungut biaya
berdasarkan pada nilai permintaan
maksimum tertinggi yang terukur.
Baru-baru ini hampir semua dewan pengurus listrik telah mengubah dari meteran trivector
elektromekanis konvensional ke meteran elektronik, yang memiliki kemampuan yang sangat
baik yang dapat membantu utilitas maupun industri. Kemampuan tersebut meliputi:
§ Memori yang besar untuk data harian dan pencatatan seluruh kejadian terkait
§ Ketelitian yang tinggi hingga mencapai tingkat 0,2
§ Kemampuan untuk mencatat tarif berdasarkan data waktu harian
§ Mencegah terjadinya pengubahan terhadap pencatatan
§ Pengukuran harmonis dan total distorsi harmonis (THD)
§ Masa layanan yang panjang disebabkan tidak adanya bagian yang bergerak
§ Kemampuan untuk mengakses/download data dari jarak jauh
Analisa kecenderungan permintaan listrik dan komponen biaya dapat membantu indus tri
dalam mengidentifikasi area yang memungkinkan untuk menurunkan tagihan tarif listrik
Gambar 11: Kurva Permintaan
(Badan Produktivitas Nasional)
Peralatan Energi Listrik: Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 11
8. TRAFO
8.1 Apakah yang disebut Trafo
Trafo merupakan suatu peralatan listrik statis, yang merubah energi listrik dari tingkat
tegangan yang satu ke tingkat tegangan yang lain. Adanya alat ini memungkinkan untuk
menghasilkan energi listrik pada tegangan yang relatif rendah dan mentransmisikannya pada
tegangan tinggi dan arus yang rendah, sehingga akan mengurangi kehilangan jaringan dan
digunakan pada tegangan yang aman (lihat Gambar 12).
Trafo terdiri dari dua atau lebih kumparan yang listriknya terisolasi namun kemagnetannya
tersambungkan. Kumparan primernya dihubungkan ke sumber daya dan kumparan
sekundernya dihubungkan ke beban. Keistimewaan trafo adalah:
§ Turn’s ratio: merupakan perbandingan antara jumlah kumparan sekunder yang menyala
dan jumlah kumparan primer yang menyala (lihat Gambar 13).
§ Tegangan sekunder: tegangan primer dikalikan turn’s ratio.
§ Ampere-turns: dihitung dengan mengalikan arus dalam kumparan dengan jumlah nyala.
Ampere-turns primer setara dengan ampere-turns sekunder.
§ Pengaturan tegangan trafo: persentase kenaikan tegangan dari beban penuh ke tanpa
beban.
Gambar 12. Gambar sebuah trafo
(Indiamart.com)
Gambar 13: Rakitan inti dan kumparan trafo tiga fase
(Kuhlman Electric)
Peralatan Energi Listrik: Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 12
8.2 Jenis Trafo
Tabel 3 menampilkan daftar dari berbagai jenis trafo
Tabel 3: Pengelompokan Trafo (Biro Effesiensi Energi, 2004)
Kriteria Jenis Komentar
Berdasarkan pada Penaik/ Step Up Mengubah LV ke HV
tegangan yang
masuk
Penurun/ Step
Down
Mengubah HV ke LV
Trafo Daya
Terletak pada stasiun daya untuk menaikan
tegangan dan menangani daya yang besar. Jenis
tegangannya adalah 400 kV, 220kV, 132KV, 66
kV, 33kV dll.
Trafo Distribusi
Terletak pada sub-stasiun jaringan distribusi dan
menangani daya yang rendah. Jenis tegangannya
adalah11kV, 6.6 kV, 3.3 kV, 440V, 230V dll.
Berdasarkan
pengoperasian
Trafo instrumen Digunakan untuk mengukur tegangan dan arus
yang tinggi dalam istrumen pengukuran.
Luar ruangan Berlokasi diluar ruangan pada struktur beton atau
struktur tiang besi
Berdasarkan Lokasi
Dalam ruangan Terletak di dalam gudang berstruktur beton
Tiga fase Pasokan input dan output merupakan tiga fase
(R/Y/B) dengan atau tanpa netral
Berdasarkan
hubungan
Satu fase Pasokan input dan output merupakan satu fase
8.3 Menentukan Kehilangan dan Efisiensi Trafo
Didalam trafo tidak terdapat bagian yang berputar, sehingga efisiensinya berada pada kisaran
96 hingga 99 persen. Kehilangan-kehilangan terutama disebabkan dengan:
§ Kehilangan Konstan: hal ini disebut juga kehilangan besi atau kehilangan inti, yang
tergantung pada bahan inti dan sirkuit magnetik pada alur flux. Kehilangan arus
Hysteresis dan Eddy merupakan dua komponen kehilangan konstan.
§ Kehilangan Variabel: juga disebut dengan kehilangan beban atau kehilangan tembaga,
yang beragam dengan kwadrat arus beban.
Catatan: Efisiensi trafo terbaik terjadi pada beban bilamana kehilangan konstan sama
dengan kehilangan variabel. Kehilangan trafo sebagai persentase arus beban ditunjukkan
pada Gambar 14.
Pabrik pembuat trafo biasanya memberikan kehilangan tanpa beban (PNO-LOAD) dan dengan
beban penuh (PLOAD). Hubungan matematis berikut merupakankan kehilangan total (PTOTAL)
pada berbagai kondisi beban pada trafo:
P
TOTAL
= P
TANPA BEBAN
+ (% Beban/100)
2
x P
BEBAN
P
TOTAL
= P
TANPA BEBAN
+ (Beban KVA/Laju KVA)
2
x P
BEBAN
Peralatan Energi Listrik: Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 13
Gambar 14: Kehilangan trafo versus persen pembebanan (Biro Efisiensi Energi, 2004)
9. FORMULA LISTRIK
Tabel 4 dibawah memuat daftar formula/ rumus paling penting untuk sistim listrik.
Tabel 4: Formula Dasar yang Berhubungan dengan Sistim Listrik (Badan Produktivitas
Nasional, tidak dipublikasikan)
Istilah Tata Nama &
Satuan
Hubungan
Empiris
Keterangan
Tahanan
R (Ohm) = S L /A
S= Resistivitas (Ohm-m)
L=Panjang (m)
A=Luas permukaan lintang (m2)
Tegangan V (Volt) = I R I=Arus (Amp)
R=Tahanan (Ohm)
XL (ohm)
(induksi)
=2ÕFL
Õ= 3,142
F = Pasokan Frekuensi (Hz)
L = Induktansi (Henry)
Reaktansi
XC (ohm)
(Kapasitansi)
= 1/(2ÕFC)
Õ= 3.142
F = Pasokan Frekuensi (Hz)
C = Kapasitansi (Faraday)
Impedansi Z (Ohm) =Ö[(R2+(XL-XC)2]
=VICosF
(Satu Fase)
V=Tegangan (Volt)
I=Arus (Amp)
CosF=Faktor Daya
Daya Nyata
P (Watt)
=1.732 VICosF
(Tiga Fase)
V=Tegangan (Volt)
I=Arus (Amp)
CosF=Faktor Daya
Daya reaktif
VAR
=1.732 VISinF
(Tiga Fase)
V=Tegangan (Volt)
I=Arus (Amp)
F= Sudut Faktor Daya
Peralatan Energi Listrik: Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 14
Istilah Tata Nama &
Satuan
Hubungan
Empiris
Keterangan
Daya Terlihat VA =Ö[(P2+(VAR)2] P=Daya Nyata (Watt)
VAR=Daya Reaktif (VAR)
Faktor Daya CosF = P/VA P=Daya Nyata (Watt)
KVA=Daya Terlihat (VA)
Efisiensi
h = Pkeluar/Pmasuk
Pkeluar = Daya keluaran
Pmasuk=Daya Masuk
Rasio Trafo
V1/V2 = N1/N2
V1=Tegangan Primer (Volt)
V2=Tegangan Sekunder (Volt)
N1= Jumlah Turn Primer
N2= Jumlah Turn Sekunder
Penurunan
Tegangan
pada Jaringan
DV (Volt) =IR
I=Arus pada Jaringan(Amp)
R=Tahanan Jaringan(Ohm)
Kehilangan
Jaringan PJalur (Watt) =I2R I=Arus pada Jaringan(Amp)
R=Tahanan Jaringan (Ohm)
Hubungan
Bintang
Vjaringan=1,732 Vfase
Ijaringan = Ifase
Hubungan
Delta
Vjaringan=Vfase
Ijaringan = 1.732 Ifase
Vjalur= Tegangan Jaringan (Volt)
Ijalur = Arus Jaringan
Vfase= Tegangan Fase (Volt)
Ifase = Arus Fase (Amp)
10. REFERENSI
Isi dari bagian ini sebagian besar didasarkan pada: Biro Efisiensi Energi, Kementrian Daya,
Pemerintah India. Efisiensi Energi pada Utilitas Listrik. 2004.
Acuan lainya meliputi:
Copper Industries Inc, Copper Power Systems , 2004
www.cooperpower.com/Library/Literature/section.asp
Indiamart. www.indiamart.com/rowsons/index.html#oil-cooled-transformers
International Energy Agency. World Energy Outlook 2004.
www.iea.org/textbase/nptoc/WEO2004.toc.pdf
Kuhlman Electric. Kuhlman General Catalog, p 7.
www.kuhlman.com/clientdata/Kuhlman_General_Catalog1_1.pdf
US Energy Information Administration. www.eia.doe.gov/oiaf/ieo98/elect
Wikipedia contributors. Three -phase, Variable set up and basic definitions. In: The Free
Encyclopedia. 2005. http://en.wikipedia.org/wiki/Three-phase
Copyright:
Copyright © United Nations Environment Programme (year 2006)
This publication may be reproduced in whole or in part and in any form for educational or non-profit purposes without
special permission from the copyright holder, provided acknowledgement of the source is made. UNEP would appreciate
receiving a copy of any publication that uses this publication as a source. No use of this publication may be made for resale
or any other commercial purpose whatsoever without prior permission from the United Nations Environment Programme.
Peralatan Energi Listrik: Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 15
Hak cipta:
Hak cipta © United Nations Environment Programme (year 2006)
Publikasi ini boleh digandakan secara keseluruhan atau sebagian dalam segala bentuk untuk pendidikan atau keperluan
non-profit tanpa ijin khusus dari pemegang hak cipta, harus mencantumkan sumber yang membuat. UNEP akan
menghargai pengiriman salinan dari setiap publikasi yang menggunaan publikasi ini sebagai sumber. Tidak diijinkan untuk
menggunakan publikasi ini untuk dijual belikan atau untuk keperluan komersial lainnya tanpa ijin khusus dari United
Nations Environment Programme.
Disclaimer:
This energy equipment module was prepared as part of the project "Greenhouse Gas Emission Reduction from Industry in
Asia and the Pacific" (GERIAP) by the National Productivity Council, India. While reasonable efforts have been made to
ensure that the contents of this publication are factually correct and properly referenced, UNEP does not accept
responsibility for the accuracy or completeness of the contents, and shall not be liable for any loss or damage that may be
occasioned directly or indirectly through the use of, or reliance on, the contents of this publication, including its
translation into other languages than English. This is the translated version from the chapter in English, and does not
constitute an official United Nations publication.
Disclaimer:
Modul peralatan energi ini dibuat sebagai bagian dari proyek “Penurunan Emisi Gas Rumah Kaca dari Industri di Asia
dan Pasifik / Greenhouse Gas Emission Reduction from Industry in Asia and the Pacific” (GERIAP) oleh Badan
Produktivitas Nasional, India. Sementara upaya-upaya masih dilakukan untuk menjamin bahwa isi dari publikasi ini
didasarkan fakta-fakta yang benar, UNEP tidak bertanggung-jawab terhadap ketepatan atau kelengkapan dari materi, dan
tidak dapat dikenakan sangsi terhadap setiap kehilangan atau kerusakan baik langsung maupun tidak langsung terhadap
penggunaan atau kepercayaan pada isi publikasi ini

PENGGUNAAN ALAT PENGHEMAT DAYA/ENERGI YANG MELAWAN HUKUM.

Judul di atas adalah judul asli Siaran Pers oleh PLN Distribusi Jabar dan Banten, yang diterbitkan pada 11 Juli 2006, artinya ada alat penghemat daya yang melawan hukum dan ada alat penghemat daya yang tidak melawan hukum. Pihak PLN sudah berusaha sangat hati2 dalam menyusun dan menjelaskan siaran pers tersebut. Akan tetapi, setelah siaran pers tersebut sampai di tangan media massa, maka telah terjadi distorsi, bahkan pada judul itu sendiri. Kesan yang ditangkap oleh masyarakat adalah bahwa semua alat penghemat daya adalah melawan hukum, sehingga harus dilarang.penggunaannya. Sebagai contoh, coba simak dengan baik2 berita di Kompas 12 Juli 2006:
PLN Larang Penggunaan Alat Penghemat Daya PT Perusahaan Listrik Negara melarang penggunaan alat penghemat daya listrik, terutama di industri-industri.
Pasalnya, alat penghemat daya tersebut berpotensi merugikan PLN karena energi listrik yang terukur pada meteran menjadi lebih kecil.
--------- - - - - - - -
Peralatan yang oleh penjualnya disebutkan bisa menghemat daya listrik sampai 20 persen, ternyata bekerja dengan prinsip membangkitkan cacat yang sangat parah pada gelombang tegangan dan arus yang memengaruhi pengukuran energi listrik pada kWh meter pelanggan. Akibatnya, energi listrik yang terukur pada kWh meter menjadi lebih kecil daripada energi yang sebenarnya dipakai pelanggan. Selain itu, akibat cacat pada gelombang tersebut berpotensi merusak peralatan tenaga listrik, baik milik pelanggan maupun PLN.
--------- - - - - - - -
Dengan hanya membuang kata “yang” pada judul siaran pers tersebut, maka opini masyarakat bisa disesatkan, walaupun Kompas pada bagian akhir berita tersebut menjelaskan duduk perkara yang sebenarnya. Judul dan isi berita pada kalimat pertama, adalah bagian yang paling penting dan terekam kuat pada pembaca berita.
Duduk Perkara.
PLN Jabar merasa perlu memberikan peringatan tersebut berdasarkan atas temuan adanya bentuk gelombang tegangan dan arus yang cacat sangat parah di salah satu pelanggan, seperti grafik berikut ini.
Dalam grafik terlihat jelas bahwa pada gelombang tegangan dibangkitkan tegangan impuls yang sangat tinggi, dan pada saat yang bersamaan, besaran gelombang arus sangat kecil. Dengan cara ini, maka daya efektif yang terukur di kwh-meter akan menjadi lebih kecil dari yang seharusnya. Tegangan impuls yang sangat tinggi ini mempunyai potensi merusak isolasi peralatan konsumen, termasuk juga merusak kwh-meter milik PLN.
Bentuk gelombang tegangan dan arus yang normal adalah berbentuk sinusoida murni seperti gambar berikut ini.
PLN sangat menghargai usaha2 penghematan energi oleh konsumen, tetapi harap ber-hati2 terhadap cara2 penghematan yang tidak benar, yaitu yang bekerja dengan prinsip sebagaimana ditunjukkan pada gelombang di atas dan diminta agar segera dicabut.
Hampir semua peralatan elektronik modern seperti TV, komputer, UPS, inverter, ballast elektronik, elevator, peralatan elektronik kedokteran dll menghasilkan cacat pada gelombang arus, tetapi hanya sangat sedikit mempengaruhi gelombang tegangan.
Gelombang tegangan dan arus yang cacat menimbulkan adanya gelombang lain dengan frekwensi kelipatan dari frekwensi standar 50 Hz. Gelombang ‘baru’ yang timbul ini disebut harmonisa. Harmonisa ke-3 mempunyai frekwensi 150 Hz, harmonisa ke-5 mempunyai frekwensi 250 Hz dst. Besaran gelombang harmonisa dinyatakan dalam persen terhadap besaran gelombang dengan frekwensi asli. Total Harmonic Distortion atau THD adalah jumlah (dihitung dg cara akar kwadrat rata2) dari seluruh harmonisa yang ada. Gelombang harmonisa bisa menjalar ke seluruh jaringan listrik, sehingga bisa merusak peralatan pada sisi pelanggan semdiri, maupun ke tetangga.
Aspek Legal.
Jual beli listrik antara PLN dengan Pelanggan adalah perkara perdata biasa, dengan kondisi2 tertentu. Adalah hak PLN untuk menolak penyambungan jika pada beban pelanggan terdapat peralatan2 yang bisa merusak jaringan dan merugikan PLN. Salah satu persyaratan PLN bagi pelanggan adalah faktor daya tidak boleh kurang dari 0,86.
Jika ketentuan ini dilanggar maka PLN memberikan semacam ‘denda’ KVAR pada rekening listrik. Semua ini terukur pada KVAR-meter.
Selama ini di wilayah Jakarta juga sudah pernah dilakukan OPAL dan ada beberapa pelanggan yang dengan sengaja menggunakan alat perusak gelombang tegangan, sehingga terpaksa kena sangsi denda yang cukup tinggi.
Beberapa negara maju sudah menerapkan standar maksimum THD yang dihasilkan oleh peralatan elektronik, maupun pada titik tertentu pada sistem jaringan listrik di sisi pelanggan. Perusahaan penyedia listrik bisa menolak untuk menyalurkan listrik jika ternyata nilai THD pada titik sambung melebihi standar yang ditetapkan.
Masalahnya, di Indonesia belum ada standar yang berlaku, baik oleh Undang2, PUIL (Peraturan Umum Instalasi Listrik), maupun dalam perjanjian jual-beli antara PLN dengan pelanggan. PLN sebenarnya bisa saja membuat ketentuan dalam perjanjian jual-beli listrik bahwa THD tegangan atau arus di titik sambung PLN tidak boleh melebihi nilai tertentu.
Cara Penghematan Yang Tidak Melanggar Hukum.
Seperti yang tertulis dalam siaran pers PLN, tidak ada jalan pintas dalam upaya penghematan daya. Penghematan yang tidak melanggar hukum dapat dilakukan dengan 4 cara:
1. Melakukan renovasi untuk mengurangi radiasi sinar matahari yang masuk ke dalam gedung, menutup kebocoran2 pada ruang ber-AC.
2. Perbaikan operasionil, perubahan perilaku, perawatan yang terjadwal, termasuk menambah peralatan pendukung operasional yakni saklar otomatis untuk lampu, AC, pompa, alat penutup pintu otomatis, dll.
3. Mengganti peralatan utama yang sudah usang, yang seringkali boros energi. Sebagai contoh mesin AC yang baru, mempunyai kapasitas pendinginan 50% lebih banyak daripada AC generasi 30 tahun yang lalu.
4. Mengurangi pemborosan yang selama ini sudah terjadi di sistem listrik, dan selama ini memang tidak disadari. Kwalitas daya listrik bisa menjadi buruk akibat pemakaian peralatan2 modern dg kwalitas rendah pada pelanggan, pembagian beban yang tidak seimbang, dll. Kwalitas daya listrik yang buruk menimbulkan tambahan panas pada mesin2, pada kawat di seluruh jaringan, dan pada trafo utama. Semua panas2 tersebut tercatat dalam bentuk kwh dan harus dibayar oleh pelanggan. Pemborosan di sisi ini umumnya mencapai 10-20% dari seluruh beban.
Perbaikan kwalitas daya.
Sistem dan kwalitas daya yang disupply oleh PLN, terutama pada sistem interkoneksi Jawa-Bali sudah sangat bagus, sangat handal dan sangat rigid. Kwalitas daya menjadi buruk akibat pemakaian sendiri oleh pelanggan. Indikasi kwalitas daya yang buruk antara lain terjadinya ketidak-seimbangan beban, ketidak-seimbangan tegangan, adanya impuls tegangan yang cukup tinggi, adanya harmonisa, faktor daya yang rendah, adanya tegangan kedip dan lain2. Jika faktor2 kwalitas daya ini bisa diperbaiki, maka pemborosan dapat dapat dicegah.
Jakarta 2 Agustus 2006
Prasetyo Roem
(Praktisi dan pengajar bidang audit dan konservasi energi)

IDENTIFIKASI KEBUTUHAN KOMPONEN INSTALASI LISTRIK

Lembar Informasi Mengidentifikasi dan menganalisis kebutuhan komponen atau bahan instalasi listrik merupakan pekerjaan yang mengacu pada hasil dalam suatu perencanaan produk yang dihasilkan adalah gambar dan analisa. Gambar adalah teknik yang diwujudkan dalam kesepakatan simbol. Gambar dapat berupa gambar sket, gambar Perspektif, gambar proyeksi, gambar denah serta gambar situasi. Sedangkan analisa adalah seperangkat perhitungan yang berangkat dari perbandingan teknis. Jenis analisa dapat berupa analisa daya listrik, analisa lingkungan/bangunan sipil, analisa kebutuhan bahan/komponen instalasi serta uraian sebagai pelengkap yang meliputi penjelasan tentang cara pemasangan peralatan/bahan.

Rencana Instalasi Penerangan Rumah
Instalasi penerangan rumah yang terdiri dari 8 titik lampu dan 2 kotak kontak, denah rumah terdiri atas ruang tamu, ruang makan, 3 kamar tidur, ruang dapur dan kamar mandi/WC. Saklar-saklar yang digunakan terdiri dari 6 saklar tunggal untuk setiap lampu dan 1 saklar seri untuk 2 lampu yang terpasang di ruang tamu dan ruang teras depan.
Pemasangan segera dapat dilaksanakan setelah gambar rencana tersebut diajukan ke PLN dan mendapat pengesahan. Untuk pemasangan instalasi listrik tersebut dapat dilaksanakan oleh Instalatir atau Biro Teknik Listrik (BTL). Disamping gambar rencana, seorang perencana Biro Teknik Listrik atau Instalatir harus membuat analisis kebutuhan bahan-bahan instalasi listrik yang diperlukan serta ongkos-ongkos lainnya yang nantinya akan diajukan kepada konsumen (pelanggan).

Analisis Kebutuhan Bahan-Bahan Instalasi
Dapat kita analisis kebutuhan bahan/komponen instalasi listrik antara lain :
1. 6 buah saklar tunggal, 1 buah saklar seri dan 2 buah kotak kontak.
2. Untuk 8 buah gantungan titik lampu diperlukan :
a. 8 buah roset.
b. 8 buah fitting.
c. 8 x 2 meter snoer pendel.
3. Saklar-saklar, kotak kontak dan roset harus dipasang pada kayu.
Jadi dibutuhkan 8 x 2 + 1 = 17 buah roset kayu.
4. Instalasi yang dipasang direncanakan sistem 1 fasa, 1 group maka
hanya dibutuhkan kotak sekering yang lengkap dari 6 Ampere.
5. Pipa PVC instalasi.
Pemasangan instalasi listrik denganpipa PVC, menurut peraturan PUIL adalah pemasangan saklar pada dinding paling rendah 1,5 meter dari lantai, dengan demikian juga dengan kotak kontak. Sedangkan kotak sekering 1,7 meter dari lantai. Tinggi antara lantai sampai plafon adalah 3,5 meter. Jadi setiap saklar memerlukan pipa 3,5 – 1,5 = 2 meter, sehingga untuk 6 buah saklar tunggal, 1 buah saklar seri, 2 buah kotak
kontak dan 2 buah kotak sekering dibutuhkan ( 6 + 1 + 2 + 1 ) x 2 m = 20 m.
Pipa yang digunakan ukuran 5/8”. Dalam perdagangan 1 batang pipa PVC panjangnya 4 m, sehingga diperlukan pipa PVC sebanyak 20 : 4 = 5 batang.
6. Pada setiap ujung pipa harus dipasang tule, sehingga diperlukan 10 x 2 = 20 tule .
7. 10 cm dari saklar, kotak kontak, kotak sekering harus dipasang klem-klem. Satu batang pipa PVC memerlukan 4 klem, sehingga dibutuhkan sebanyak 4 x 10 = 40 buah klem. Setiap klem membutuhkan 2 buah sekrup, sehingga dibutuhkan sekrup sebanyak 2 x 40 buah = 80 buah.
8. Menurut gambar rencana Gambar 1, dibutuhkan percabangan/penyambungan sebanyak 16 percabangan, sehingga dibutuhkan 16 kotak sambung.
9. Kabel penghantar yang diperlukan.
a. Kebel NYA, NYM biasanya dari tembaga berada dalam pipa PVC. Untuk ini dihitung menurut panjangnya pipa PVC ditambah untuk 10 cm pada sambungan-sambungan dari saklar-saklar, kotak kontak dan kotak sekering.
Cara menghitung adalah sebagai berikut :
6 buah saklar = 6 x 2 x 2,1 m = 25,20 m
1 buah saklar seri = 1 x 3 x 2,1 m = 06,30 m
2 buah kotak kontak = 2 x 3 x 2,1 m = 12,60 m
1 kotak sekering = 1 x 2 x 2,1 m = 04,20 m +
Jumlah = 48,30 m
b. Menghitung kabel NYA, NYM yang dipasang diatas plafon dengan mengukur panjang yang terdapat dalam gambar menurut skala, ditambah dengan 10 cm pada sambungan/percabangan. Dari pengukuran pada gambar rencana dibutuhkan 77,50 m kabel NYA, NYM diatas plafon dan ditambah dengan kabel-kabel yang ditarik dalam pipa : 77,50 + 48,30 = 125,80 m ditambah 10% menjadi 125,80 + 12,58 = 138,38 m
Dalam perdagangan 1 rol kabel NYA, NYM panjangnya 100 m, jadi untuk keperluan kabel tersebut dapat dibeli 1,5 rol kabel NYA, masing masing untuk 1,5 rol warna merah, 1,5 rol warna hitam dan 1,5 rol kabel grounding (pentanahan) warna bergaris hijau kuning.
Tabel 1. Estimasi Kebutuhan Bahan dan Harga.

1 Saklar tunggal Broco                                            6 buah       Rp ……            Rp ……
2 Saklar seri Broco                                                 1 buah       Rp ……            Rp ……
3 Kotak kontak Broco 5 A, 250 V                         2 buah       Rp ……            Rp ……
4 Kawat snoer                                                        25 meter    Rp ……            Rp ……
5 Kotak sekering 1 fasa 1 group                             1 buah        Rp ……            Rp ……
6 Pipa PVC 5/8”                                                    5 batang     Rp ……            Rp ……
7 Tule                                                                     20 bua       Rp ……            Rp ……
8 Klem Pipa PVC 5/8”                                           80 buah     Rp ……            Rp ……
9 Las dop                                                              20 dos        Rp ……            Rp ……
10 T-dos (smbungan)                                             18 buah      Rp ……            Rp ……
11 Sekrup kayu                                                     4 dos           Rp ……           Rp ……
12 Kabel NYA/NYM 2 x 2,5 mm2
a. merah                                                                1,5 rol          Rp ……           Rp ……
b. hitam                                                                 1,5 rol          Rp ……           Rp ……
c. hijau kuning                                                       1,5 rol           Rp ……           Rp ……
13 Biaya penyambungan                                       450                Rp ……          Rp ……
Jumlah Rp ……

Estimasi Tenaga Kerja dan Upah
Pemasangan instalasi listrik mengacu pada gambar rencana dan dimana komponen/bahan-bahan akan dipasang. Pemasangan kabel listrik dan pipa kabel dilakukan oleh tenaga kerja yang ahli dan dibantu oleh tenaga pembantu.
Untuk mengerjakan instalasi listrik tersebut diperlukan 2 orang tukang listrik dan 1 orang pelaksana selama 6 hari, dengan perincian upah sebagai berikut :
1 orang pelaksana per hari = Rp…………; 6 hari = Rp……….
2 orang tukang listrik per hari = Rp…………; 6 hari = Rp……….+
Jumlah = Rp……….