BAB KARAKTERISTIK BEBAN

2.1. Tipe dan Kerapatan Beban

Secara umum tipe beban dapat dibagi kedalam beberapa kategori : a. Beban perumahan : Ini terdiri dari penerangan, kipas angin, alat-

alat rumah tangga misalnya pemanas, lemari es, alat pendingin udara (air conditioner), alat pengaduk, alat pemanggang, kompor listrik dan motor-motor kecil untuk pompa, alat-alat kecil untuk rumah tangga yang lain. Bermacam-macam faktornya adalah:

faktor kebutuhan 70 - 100 % (demand factor), faktor diversitas 1,2 – 1,3 dan faktor beban 10 – 15 %.

b. Beban komersial: Ini terutama terdiri atas penerangan untuk toko- toko dan reklame dan sebagainya, kipas angin, air conditioner, pemanas dan alat-alat listrik lainnya yang dipakai pada bangunan perdagangan, seperti toko-toko, restoran, pasar-pasar, dan sebagainya. Faktor kebutuhan biasanya sebesar 90 – 100 %, faktor diversitas adalah 1,1 – 1,2 dan faktor beban sebesar 25 – 30

%.

c. Beban industri : Beban ini mungkin mempunyai tingkat daya tipikal seperti berikut :

KARAKTERISTIK

BEBAN 2

Industri rumah tangga 5 kW Industri skala kecil 5-25 kW Industri dengan skala menengah 25-100 kW Industri besar 100-500 kW Industri berat diatas 500 kW Kedua jenis beban terakhhir membutuhkan daya pada periode yang lebih lama dan tetap sama dalam sehari. Untuk beban industri skala besar, faktor kebutuhan sekitar 70-80 % dan faktor beban 60—65 % dan untuk industri berat faktor kebutuhannya antara 85-90 % dengan faktor beban 70-80 %.

d. Beban kota : Beban ini adalah untuk penerangan jalan dan selalu tetap sepanjang malam. Untuk ini faktor kebutuhan sebesar 100 % sedangkan faktor diversitas dapat dikatakan 1. Lampu jalan terutama dibutuhkan diwaktu malam tetapi ada beban kecil untuk lampu lalu lintas (traffic light). Faktor beban untuk lampu jalan biasanya dipakai 25-30 %. Jenis lain beban kota adalah untuk penyediaan air minum dan pengairan.

e. Beban pertanian : Beban ini dibutuhkan untuk penyediaan air irigasi dengan menggunakan pompa air yang digerakkan oleh motor listrik. Faktor beban biasanya ditentukan 20-25 %, faktor diversitas 1-1,5 dan faktor kebutuhan 90-100%.

f. Beban-beban yang lain : Diluar beban-beban yang telah disebutkan diatas, masih ada beban-beban lain misalnya penyediaan yang besar, industri khusus seperti kertas, tekstil, dan sebagainya, dan alat-alat tarik dan beban dari pemerintah yang mempunyai karakteristiknya sendiri.

Kerapatan beban pada masing-masing tipe beban berbeda-beda, tergantung pada luas wilayah, jumlah konsumen, kepadatan konsumen dan kesejahteraan masyarakat. Kerapatan beban daerah industri lebih tinggi daripada kerapatan beban daerah perumahan.

2.2. Klasifikasi Beban

Klasifikasi beban tanpa membaginya secara spesifik dapat berarti ganda. Beban biasanya diklasifkasikan untuk berbagai penggunaan walaupun kategori yang digunakan untuk industri tak dapat dipergunakan secara luas.

Beban dapat diklasifikasikan berdasarkan keadaan lingkungan atau letak geografis, tipe kegiatan pemakai, penggunaan beban, pengaruh dari beban lain dalam sistem, keadaan khusus, dan pemeliharaan.

Tabel 2.1. Klasifikasi Beban

No. Cara Klasifikasi Beban

1. Keadaan Lingkungan dan letak geografis

a)Pusat Kota b)Kota c)Kota Satelit d)Pedesaan

2. Tipe Konsumen a)Perumahan

b)Komersial c)Industri 3. Penggunaan Energi Listrik a)Kritis

b)Emergensi c)Normal 4. Pengaruh dari beban lain dan

Perencanaan Sistem dan Operasi

a)Transient b)Steady-State 5. Perencanaan layanan energi listrik a)Rumah

b)Penerangan Komersial

d)Industri

6. Keadaan Khusus a)Otomatisasi dan

kondisi kritis dengan berbagai halangan yang mempengaruhi biaya b)Beban-beban dengan tegangan sensitif

Klasifikasi dapat diterapkan dalam satu atau lebih keadaan dan beban dapat diaplikasikan dari satu kategori ke kategori lainnya.

Klasifikasi dapat diterapkan dalam pelayanan listrik tunggal atau gabungan dengan tipe area pelayanan. Bermacam-macam variasi dari beban dan perkembangan dapat dilihat pada tabel 2.1. Dari tabel sistem dapat dilihat basis dari klasifikasi tegangan secara spesifik juga kombinasi antara klasifikasi yang satu dengan yang lainnya.

2.3. Definisi Dan Pengertian Istilah Pada Karakteristik Beban

Dalam masalah karakteristik beban ini, terdapat istilah-istilah yang sering digunakan dan penting untuk diketahui. Istilah-istilah tersebut yaitu:

1. Daya Aktif

Daya aktif atau daya nyata adalah daya yang diserap oleh komponen resistif dari suatu beban listrik yang biasa disimbolkan dengan P dalam satuan Watt (W).

Persamaan untuk daya aktif:

P = VI cos ϕ ……. Watt (2.1)

2. Daya Semu

Daya semu merupakan hasil perkalian dari nilai rms tegangan listrik dengan nilai rms arus listrik, yang dinyatakan dalam satuan volt-ampere dan disimbolkan dengan S.

Persamaan untuk daya semu:

S = VI  …… volt-ampere (2.2)

3. Daya Reaktif

Daya reaktif merupakan nilai maksimum dari daya yang berubah- ubah mengalir menuju beban dan keluar dari beban yang dikarenakan oleh elemen reaktifnya (induktif atau kapasitif), yang dinyatakan dalam satuan volt-ampere reactive (var) dan disimbolkan dengan Q.

Persamaan untuk daya reaktif:

Q = VI sin ϕ ……….. VAR (2.3)

4. Faktor Daya

Faktor daya merupakan nilai kosinus dari sudut fasa antara tegangan dan arus listrik. Suatu rangkaian induktif dikatakan mempunyai faktor daya tertinggal (lagging power factor) dan rangkaian kapasitif dikatakan mempunyai faktor daya yang mendahului (leading power factor), sedang rangkaian resistif mempunyai faktor daya unity (unity power factor).

5. Demand

beban pada terminal yang dirata-rata dalam sebuah interval waktu tertentu.

6. Demand Factor

Demand factor atau faktor kebutuhan merupakan perbandingan antara kebutuhan maksimum sebuah sistem terhadap total beban yang terhubung pada sistem.

Kebutuhan maksimum DF =

Total kebutuhan terhubung

Faktor kebutuhan ini dapat dianggap sebagai bagian dari suatu sistem dan nilainya selalu kurang dari 1,0. Dan ini juga merupakan indikator dari operasi simultan dari total beban yang terhubung.

7. Utilization Factor

Utilization factor atau faktor penggunaan merupakan perbandingan antara kebutuhan maksimum sebuah sistem terhadap kapasitas yang ditetapkan dari sistem tersebut.

Kebutuhan maksimum Fu =

Kapasitas sistem yang ditetapkan

8. Load Factor

Load factor atau faktor beban merupakan perbandingan beban rata-rata dalam periode waktu yang ditetapkan terhadap beban puncak yang terjadi selama periode tersebut.

Beban rata-rata

FLD =

Beban puncak

atau

Beban rata-rata x T FLD =

Beban puncak x T Unit yang dilayani =

Beban puncak x T

Dengan T merupakan waktu dalam hari, minggu, bulan, atau tahun. Makin besar waktu T maka makin kecil faktor resultan. Hal ini disebabkan karena untuk kebutuhan maksimum yang sama, konsumsi energi yang meliputi sebuah periode waktu yang lebih besar akan menghasilkan sebuah beban rata-rata yang lebih kecil.

Saat T dipilih dalam hari, minggu, bulan, atau tahun, maka digunakan 24, 168, 730, atau 8760 jam, secara berurutan. Dan faktor beban ini akan lebih kecil atau sama dengan 1,0.

Sebagai contoh, faktor beban tahunan adalah:

Energi tahunan total Faktor beban tahunan =

Beban puncak tahunan x 8760 9. Diversity Factor

Diversity factor atau faktor keragaman merupakan perbandingan jumlah permintaan maksimum individu dari sub-divisi yang beragam dari sebuah sistem terhadap kebutuhan maksimum dari sistem keseluruhan.

Jumlah kebutuhan maksimum individu

Total kebutuhan maksimum

D1 + D2 + D3 + ……… + Dn (2.4) FD =

Dg

FD

Dg Di

n

∑

i₌

= ¹ (2.5)

Dengan D1 = kebutuhan maksimum beban I tanpa memperhatikan waktu kejadian

Dg = D1+2+3+…..+n

= total kebutuhan maksimum kelompok dari n beban.

Faktor keragaman ini bisa sama atau lebih dari 1,0.

Kebutuhan Maksimum = Total kebutuhan terhubung x DF Sehingga didapatkan

Dg TCDixDFi

n

FD ∑

i

=

⁼¹ (2.6)

dengan TCDi = total kebutuhan terhubung dari kelompok, atau kelas, beban i

DFi = faktor kebutuhan dari kelompok, atau kelas, beban i

10. Loss Factor

Loss factor atau faktor rugi-rugi merupakan perbandingan antara rugi-rugi daya rata-rata terhadap daya beban puncak selama periode waktu tertentu.

Persamaan faktor rugi-rugi adalah sebagai berikut:

Rugi-rugi daya rata-rata FLS =

Rugi-rugi pada beban puncak

2.4. Kesetimbangan Beban Dan Tegangan 2.4.1. Beban Setimbang

Beban setimbang yang terdiri dari banyak fasa adalah beban yang memiliki arus arus yang simetris ketika dihubungkan dengan tegangan simetris. Untuk keperluan analisa beban diasumsikan sebagai beban seimbang. Metode analisa yang digunakan metode komponen simetris.

Jaringan tiga fase dengan 3 kawat (tanpa netral, jika seimbang), dapat dianalisa dengan salah satu fasa jika ketiga impedansinya sama dan tegangan antara saluran dan netral sama besar untuk ketiga fasanya, sehingga jika telah ditemukan besaran salah satu fasanya maka fasa yang lain akan diperoleh hanya dengan menggeser sudut fasanya 120^o

2.4.2. Tegangan Seimbang

Pada kondisi normal, umumnya pembangkitan tegangan dari sistem banyak fasa adalah simetris atau seimbang. Bila beban seimbang maka arus mengalir akan seimbang. Tetapi jika tegangan tak simetris maka arus menjadi tidak simetri atau rangkaian menjadi tidak simetris.

seimbang :

1. Menghitung Ketidakstabilan tegangan 2. Menghitung faktor tegangan tak seimbang.

Metode ketidaksetimbangan tegangan ini dirancang untuk tegangan tak seimbang pada sistem 3 fasa, yaitu:

deviasi maksimum dari rata rata tegangan fasa dasar

Tegangan tidak seimbang =

Rata-rata tegangan fasa

Akan tetapi ada pengaruh ketidaksimetrisan tegangan di sistem motor fasa banyak. Para engineers operasi mengharapkan dapat mengatasi ketakseimbangan tegangan dalam hubungan tidak simetris. Faktor ketaksimetrisan/ ketidakseimbangan sistem didefinisikan sebagai rasio tegangan urutan negatif terhadap tegangan urutan positif dan diberikan pada persamaan sebagai berikut :

Faktor tegangan tak seimbang =

1 2

V

V (2.7)

dengan :

V2 adalah urutan negatif tegangan V1 adalah urutan positif tegangan

Ketidaksetimbangan tegangan V2/V1 pada 3 kawat di sistem 3 fasa pada tegangan urutan nol sama dengan nol.

Seperti terlihat pada persamaan berikut :