3.1. Teori Listrik Terapan

(1)

TEORI LISTRIK TERAPAN

(2)

1. RUGI TEGANGAN

1.1.

1.1. PENDAHULUANPENDAHULUAN

Kerugian tegangan atau susut tegangan dalam saluran tenaga listrik Kerugian tegangan atau susut tegangan dalam saluran tenaga listrik adalah berbanding lurus dengan panjang saluran dan beban, adalah berbanding lurus dengan panjang saluran dan beban, berbanding terbalik dengan penampang saluran. Kerugian ini dalam berbanding terbalik dengan penampang saluran. Kerugian ini dalam persen ditentukan dalam batas-batas tertentu. Misalnya di PT. PLN persen ditentukan dalam batas-batas tertentu. Misalnya di PT. PLN (Persero) berlaku pada tegangan rendah ± 5 %, - 10 % dari tegangan (Persero) berlaku pada tegangan rendah ± 5 %, - 10 % dari tegangan

pelayanan. pelayanan.

1.2.

1.2. DALAM PUILDALAM PUIL . .

Pada instalasi bangunan rugi tegangan dihitung dari alat pengontrol Pada instalasi bangunan rugi tegangan dihitung dari alat pengontrol adalah maksimum 2 % untuk instalasi lampu pijar dan maksimum 5 % adalah maksimum 2 % untuk instalasi lampu pijar dan maksimum 5 %

untuk instalasi alat-alat listrik lainnya, misalnya motor listrik. untuk instalasi alat-alat listrik lainnya, misalnya motor listrik.

Rugi tegangan untuk tegangan di atas 1 kilo volt, effek induktansi, Rugi tegangan untuk tegangan di atas 1 kilo volt, effek induktansi,

effek kapasitansi mempunyai nilai disamping resistansi. effek kapasitansi mempunyai nilai disamping resistansi.

Perhitungan kerugian dalam menghitung resistant saja adalah Perhitungan kerugian dalam menghitung resistant saja adalah sederhana, sedangkan perhitungan yang melibatkan induktansi dan sederhana, sedangkan perhitungan yang melibatkan induktansi dan kapasitansi tidak. Namun untuk menghitung jala-jala saluran sederhana kapasitansi tidak. Namun untuk menghitung jala-jala saluran sederhana yang tidak terlalu kompleks, hal ini dapat diabaikan. Oleh karenanya yang tidak terlalu kompleks, hal ini dapat diabaikan. Oleh karenanya

rugi tegangan dihitung oleh sebab nilai resistansinya saja. rugi tegangan dihitung oleh sebab nilai resistansinya saja.

Tetapi untuk jaringan distribusi tegangan rendah dan tegangan Tetapi untuk jaringan distribusi tegangan rendah dan tegangan menengah harus dihitung juga pengaruh induktansi dan menengah harus dihitung juga pengaruh induktansi dan

kapasitansinya, karena nilainya cukup berarti. kapasitansinya, karena nilainya cukup berarti.

(3)

2. TERMINOLOGI

P

P : Beban dalam watt: Beban dalam watt f

f : Tegangan antar 2 saluran ( fasa - netral): Tegangan antar 2 saluran ( fasa - netral) q

q : Penampang saluran (mm²): Penampang saluran (mm²) ∆

∆_ : rugi tegangan (volt): rugi tegangan (volt) ∆

∆U : Rugi tegangan dalam %U : Rugi tegangan dalam % L

L : Panjang rute saluran (bukan panjang kawat).: Panjang rute saluran (bukan panjang kawat).



 : Daya hantar jenis tembaga = 56, besi = 7, : Daya hantar jenis tembaga = 56, besi = 7, Alumunium = 32,7

Alumunium = 32,7

I

(4)

3. SISTEM ARUS BOLAK-BALIK SATU FASA

Hitungan praktis dalam arus bolak-balik beban tanpa beban

induksi

induksi (misalnya lampu) :(misalnya lampu) : 3.1.

3.1. Rugi tegangan dalam % Rugi tegangan dalam % q =

q = L x U x 2 L x U x 2 [mm²] atau q = [mm²] atau q = L x I x 2 L x I x 2 _mm²mm²_ E x E x

E x E x _ U x U x _ E x p x E x p x _

Rugi tegangan dalam volt

q =

q = L x U x 2 L x U x 2 _mm²] atau q = mm²] atau q = L x I x 2 L x I x 2 [mm² [mm²_

(5)

3.2.

3.2. Rugi tegangan dalam voltRugi tegangan dalam volt q = q = L x L x PP x 2 x 2 _mm²] atau q = mm²] atau q = L x I x 2 L x I x 2 [mm² [mm²_ E x ∆E x ∆_ x x _ ∆ ∆_ x x _ Contoh -1 : Contoh -1 :

Pada ujung panjang 250 meter diberi beban 12 lampu @ 75

watt,

watt, tegangan 115 volt. Rugi tegangan maksimum 2 %. tegangan 115 volt. Rugi tegangan maksimum 2 %. Berapa

Berapa penampang saluran ?penampang saluran ? q =

q = L x L x PP x 2 x 2 = = 25250 x 12 x 75 x 20 x 12 x 75 x 20000 = = 30.330.38 mm²8 mm²

E² x ∆U x E² x ∆U x _ 115 x 115 x 2 x 5 115 x 115 x 2 x 566 Jadi kita memilih memakai kawat

Jadi kita memilih memakai kawat 3535 mm² mm² Sehingga rugi tegangan menjadi

Sehingga rugi tegangan menjadi 3030,,3838 x 2 % = 1, x 2 % = 1,77 % %

3535 Atau dalam volt :

Atau dalam volt :

∆ ∆_ = = L x L x PP x 2 x 2 = = 250250 x 12 x 75 x 2 x 12 x 75 x 2 = 1, = 1,9999 volt. volt. E x q x E x q x _ 115 x 115 x 3535 x 56 x 56 Lanjutan 3.1. Lanjutan 3.1.

(6)

Contoh - 2 :

Instalasi arus bolak-balik pada jarak 20 meter dari PHB

dibebani 14

dibebani 14 Ampere dan 25 meter kemudian dibebani 16 Ampere dan 25 meter kemudian dibebani 16 Ampere .

Ampere .

Berapa penampang kawat yang di perlukan :

Tegangan yang di pakai 127 Volt, rugi tegangan maksimum 2,5

Volt

Batasan rugi tegangan pada P2 adalah 2,5 Volt.

Misalkan rugi tegangan pada P1 = 1,5 Volt, pada L2 = 1 volt

perhitungan di bagi dua :

Penghantar L1 Penghantar L1 q = q = L x I x 2L x I x 2 mm² = mm² = 20 x ( 14 + 16 ) x 220 x ( 14 + 16 ) x 2 = 14,3 mm² = 14,3 mm² ∆ ∆_ x x _ 1,5 x 56 1,5 x 56 penghantar L2 penghantar L2 q = q = L x I x 2L x I x 2 = = 25 x 16 x 225 x 16 x 2 = 14,3 mm² = 14,3 mm² ∆ ∆_x x _ 1 x 56 1 x 56

Jadi penghantar yang diambil dengan penampang 16 mm²

Lanjutan 3.2. Lanjutan 3.2. L₁ L₂= 25 meter P₂= 16 A P₁= 14 A PHB

(7)

1. Penghantar L1 1. Penghantar L1 q = q = L x I x 2L x I x 2 mm² = mm² = 20 x ( 14 x 16 ) x 220 x ( 14 x 16 ) x 2 = 14,3 mm² = 14,3 mm² ∆ ∆_ x x _ 1,5 x 56 1,5 x 56 2. Penghantar L2 2. Penghantar L2 q = q = L x I x 2L x I x 2 = = 25 x 16 x 225 x 16 x 2 = 14,3 mm² = 14,3 mm² ∆ ∆_x x _ 1 x 56 1 x 56

Jadi penghantar yang diambil dengan penampang 16 mm²

Contoh-3 :

Berapa penampang hantaran yang diperlukan untuk

penyambungan

penyambungan dengan syarat-syarat :dengan syarat-syarat : E = 115 Volt. E = 115 Volt. P = 140 Ampere P = 140 Ampere L = 20 meter L = 20 meter ∆

∆_ = 2 % atau 2,3 Volt.= 2 % atau 2,3 Volt. q = q = L x I x 2L x I x 2 = = 20 x 140 x 220 x 140 x 2 = 43,4 mm² = 43,4 mm² ∆ ∆_ x x _ 2,3 x 56 2,3 x 56 Dipilih hantaran 50 mm² Dipilih hantaran 50 mm² Lanjutan 3.2. Lanjutan 3.2.

(8)

Pada contoh nomor 3 untuk penampang 50 mm², dengan rugi

tegangan 2,3 Volt, dan arus beban 140 Ampere, sudah

mencukupi . Namun arus nominal proteksi arus terdekat

adalah 160 Ampere (tidak tersedia normalisasi 140 Ampere)

maka diambil hantaran dengan penampang lebih tinggi dari

160 Ampere yaitu dengan penampang 70 mm². Sehingga rugi

tegangan menjadi :

∆

∆_ = = L x I x 200L x I x 200 20 x 140 x 20020 x 140 x 200

4. PERTIMBANGAN PROTEKSI ARUS

= = 1,24 %

(9)

5.1.

5.1. Bila diketahui besarnya arus I :Bila diketahui besarnya arus I : ∆

∆_ = = 1,73 x L x I x Cos 1,73 x L x I x Cos _ Volt Volt

_ X qX q

q = 1,73 x L x I x Cos

q = 1,73 x L x I x Cos _ [mm²] [mm²] 5.2.

5.2. Bila diketahui beban dalam Bila diketahui beban dalam _wattwatt_ ∆ ∆_ = = L x UL x U [ Volt] [ Volt] _ x q x Ex q x E q = q = L x U L x U _mm²mm²_ _ x ∆x ∆_ x E x E

5. SISTEM ARUS BOLAK - BALIK 3 FASA

(10)

Lanjutan 5.2.

Contoh -1 :

Berapa rugi tegangan suatu motor 3 fasa, beban 190 Ampere

dihubungkan dengan saluran 3 fasa, panjang 150 meter ukuran Cu 3

x 95 mm². x 95 mm². I I = 190 Ampere= 190 Ampere Cos Cos _ = 0,88= 0,88 E

E = 220 Volt (fasa - fasa)= 220 Volt (fasa - fasa) ∆ ∆_ = = 1,73 x L x I xCos 1,73 x L x I xCos _ _ x qx q Atau = Atau = 8,15 8,15 x 100 % = 3,7 % x 100 % = 3,7 % 220220 Contoh 2 : Contoh 2 :

Saluran arus bolak-balik 3 fasa panjang 80 meter tersambung 20

lampu X 100 watt, beban terbagi rata pada ke tiga fasa, tegangan

pelayanan 190 Volt fasa-fasa.

Berapa penampang saluran jika rugi tegangan dibatasi 2 % ( 3,8 Volt)

q =

q = L x UL x U 80 x 2000 80 x 2000 mm²mm²

_ x ∆ V x E 56 x 3,8 x 190x ∆ V x E 56 x 3,8 x 190

Jadi kawat dengan penampang 4 mm² yang dipilih.

=

= 8,15 Volt

(11)

Contoh 3 :

Suatu motor 3 fasa daya 10 PK harus dipotong dan

disambung dengan kabel tanah , panjang kabel 112

meter, E = 220 Volt fasa-fasa, kerugian tegangan

yang diperbolehkan 5 atau 11 Volt.

Berapa ukuran kabel yang diperlukan?

I =

P

=

10 x 736

= 27,5

Ampere



_

3 x E x Cos



_



_

3 x 220 x 0,85

q =

1,73 x 112 x 27,5 x 0,85

= 7,35 mm²

56 x 11

Jadi ukuran kabel 3 X 10 mm² yang dipakai

Dapat pula kita menggunakan rumus :

q =

L x U

=

112 x (10 x 736)

= 7,26 mm²



_

x ∆



_

x E

56 x 11 x 220

Jika di ketahui daya guna (rendemen) motor 0,83 maka :

q =

1,2 x (10 x 736)

= 7,35 mm²

50 x 11 x 220 x 0,83

Lanjutan 5.2. Lanjutan 5.2.

(12)

Pada uraian sebelumnya telah kita jelaskan bahwa untuk jaring diatas tanah harus diperhatikan adanya faktor induksi.

Kerugian ini penting untuk diperhatikan, dari tabel dibawah ini dapat dibaca dengan faktor berapa suatu hasil perhitungan dari suatu saluran masih harus dikalikan.

Besarnya faktor perkalian sangat bergantung atas jarak penghantar.

6. FAKTOR INDUKSI & RUGI TEGANGAN

Pena Pena m m pang pang salura salura n n Cos

Cos _ : 0,9 : 0,9 Cos Cos _ : 0,8 : 0,8 Cos Cos _ : 0,7 : 0,7 Cos Cos _ : 0,6 : 0,6 Jarak antar saluran (cm)

Jarak antar saluran (cm)

40 40 5050 6060 4040 5050 6060 4040 5050 6060 4040 5050 6060 10 10 1,11,1 1,11,1 1,11,1 1,151,15 1,161,16 1,161,16 1,21,2 1,211,21 1,221,22 1,271,27 1,281,28 1,291,29 16 16 1,151,15 1,161,16 1,161,16 1,231,23 1,241,24 1,251,25 1,321,32 1,341,34 1,341,34 1,411,41 1,431,43 1,441,44 25 25 1,221,22 1,231,23 1,241,24 1,341,34 1,361,36 1,371,37 1,471,47 1,491,49 1,51,5 1,611,61 1,631,63 1,651,65 35 35 1,31,3 1,311,31 1,321,32 1,471,47 1,481,48 1,51,5 1,631,63 1,661,66 1,681,68 1,831,83 1,861,86 1,891,89 50 50 1,411,41 1,431,43 1,431,43 1,641,64 1,671,67 1,71,7 1,871,87 1,911,91 1,941,94 2,542,54 2,192,19 2,242,24 70 70 1,561,56 1,591,59 1,591,59 1,861,86 1,91,9 1,941,94 2,172,17 2,232,23 2,282,28 2,142,14 2,622,62 2,682,68

(13)

Lanjutan 6.

Contoh 4.

Pada ujung saluran udara 3 fasa tersambung beban

4000 watt :

E = 220 Volt (fasa – fasa)

Cos



_

= 0,9

d = 40 cm

L = 280 m

q = 35 mm

22

Dari tabel untuk penampang 35 mm2, cos



_

= 0,9 dan d

= 40 cm harus

menggunakan faktor kali 1,3, maka rugi

tegangan menjadi :

∆

V =

L x

P



_

x q x E

=

280 x 4000

56 x 35 x 220

X 1,3 volt X 1,3 volt = 3,38 volt.

(14)

7. MASALAH DISTRIBUSI PERLETAKAN BEBAN

Untuk saluran dengan besar penampang sama, jumlah total daya

beban dapat dipermudah dengan menjumlahkan secara aljabar dan

menghitung pada jarak dari titik suplai sama dengan seolah-olah

saluran dengan satu beban tersambung di ujung. Besarnya cos

saluran dengan satu beban tersambung di ujung. Besarnya cos _ tiap tiap beban sama.

beban sama.

7.1.

7.1. Beban terpusat di ujung saluran.Beban terpusat di ujung saluran. Panjang saluran L

Panjang saluran L = panjang saluran.= panjang saluran. Besar beban

Besar beban = besar beban tersambung di ujung= besar beban tersambung di ujung Faktor L

Faktor L = 1= 1 7.2.

7.2. Beban tersebar merataBeban tersebar merata Besar beban

Besar beban = Jumlah total daya beban= Jumlah total daya beban Faktor L

Faktor L = ½= ½ Panjang saluran dihitung

Panjang saluran dihitung = ½ L= ½ L 7.3.

7.3. Beban berat ke ujung saluranBeban berat ke ujung saluran Besar beban

Besar beban = jumlah total daya= jumlah total daya Faktor L

Faktor L = 2/3= 2/3 Panjang saluran dihitung

Panjang saluran dihitung = 2/3 x L= 2/3 x L 7.4.

7.4. Beban berat ke pangkal saluran :Beban berat ke pangkal saluran : Besar beban

Besar beban = jumlah total daya= jumlah total daya Faktor L

Faktor L = 1/3= 1/3 Panjang saluran dihitung

(15)

8. METODE MOMEN LISTRIK

8.1.

8.1. Metode ini dipakai pada sistem 3 fasa dengan besarnya cos Metode ini dipakai pada sistem 3 fasa dengan besarnya cos _

sama dan penampang saluran sama.

8.2.

8.2. Perhitungannya merupakan metode pendekatan namun Perhitungannya merupakan metode pendekatan namun kekurangannya dapat dikompensasi dengan standarisasi

kekurangannya dapat dikompensasi dengan standarisasi

parameter (penampang saluran, rugi tegangan)

-- TerminologiTerminologi

Tanda-tanda yang dipakai adalah :

Jarak tegangan relatif

Pada TR = ∆U = r + tg  x P x L x 10 5_(%) U U² Sistem TR Sistem TR P = daya aktif P = daya aktif KwKw U = Tegangan pelayanan U = Tegangan pelayanan VV R = Tahanan penghantar R = Tahanan penghantar __ / km/ km X = Reaktansi penghantar X = Reaktansi penghantar __ / km_{/ km} L = Panjang penghantar L = Panjang penghantar kmkm 

(16)

9. MOMEN LISTRIK

9.1.

9.1. Beban listrik P (kw) berjarak L dari titik pasok (sumber)Beban listrik P (kw) berjarak L dari titik pasok (sumber) Hasil kali M = P x L disebut momen listrik.

Hasil kali M = P x L disebut momen listrik.

9.2.

9.2. Momen listrik dari suatu hantaran yang menyebabkan Momen listrik dari suatu hantaran yang menyebabkan jatuh tegangan 1 % jatuh tegangan 1 % adalah: adalah: M = M = 1 . 1 . x x UU22 10105 5 r + x tan _{r + x tan} [kw . Km]

(17)

10. GRAFIK MOMEN LISTRIK

r pada 20

r pada 20ΩΩ/km/km untuk BCC_{untuk BCC}

r pada 50

r pada 50ΩΩ/km/km untuk twisted cable_{untuk twisted cable}

x = 0,35

x = 0,35 _ / km untuk BCC / km untuk BCC x = 0,1

x = 0,1 _ / km untuk twisted cable atau kabel tanah / km untuk twisted cable atau kabel tanah cos

cos _ = 0,95 s/d 0,7 = 0,95 s/d 0,7

Pada grafik dapat dibaca moment listrik [kw.km] untuk berbagai

penampang kabel twisted dan cos

penampang kabel twisted dan cos _ untuk jatuh tegangan 1 % untuk jatuh tegangan 1 % pada tegangan antar fasa 400 volt.

pada tegangan antar fasa 400 volt.

Contoh 1 :

Beban 3 fasa, 30 kw, cos

Beban 3 fasa, 30 kw, cos _ = 0,8, E = 4000 volt, L = 500 meter = 0,8, E = 4000 volt, L = 500 meter Berapa ukuran kabel untuk ∆ U = 6 %.

Berapa ukuran kabel untuk ∆ U = 6 %.

M = P.L = 30 x 0,5 = 15 kW.km

M1 = M/D = 15/6 = 2,5 kW.km

Garis mendatar 2,5 kW memotong garis faktor daya 0,8 dalam

batas kabel 70 mm

batas kabel 70 mm22 → dipakai kabel twisted ukuran 70 mm_{→ dipakai kabel twisted ukuran 70 mm}22

Pada kenyataan grafik ML untuk penampang 70 mm

Pada kenyataan grafik ML untuk penampang 70 mm22 pada faktor _{pada faktor}

daya 0,8 =

daya 0,8 = 3,23,2

Jadi jatuh tegangan = 15/

(18)

Lanjutan 10.

Contoh 2 : Contoh 2 :

Sebuah pabrik berjarak 600meter dari gardu distribusi dipasok dengan Sebuah pabrik berjarak 600meter dari gardu distribusi dipasok dengan saluran kabel twisted 50 mm2 daya kebutuhan 30 kW cos

saluran kabel twisted 50 mm2 daya kebutuhan 30 kW cos _ = 0,8 = 0,8 Berapa rugi tegangan ?

Berapa rugi tegangan ? ML = 30 x 0,6 = 18 kW.km ML = 30 x 0,6 = 18 kW.km

Pada grafik ML untuk penampang 50 mm

Pada grafik ML untuk penampang 50 mm22_{pada cos}_{pada cos}_{0,8 = 1,81 kW.}_{0,8 = 1,81 kW.}

Jadi

Jadi ∆∆U = ML/ML1% = 18/1,18 = 1U = ML/ML1% = 18/1,18 = 15,25 %5,25 % Contoh 3

Contoh 3

Penyulang A memakai kabel twisted 50 mm2 memasok dua beban P1 Penyulang A memakai kabel twisted 50 mm2 memasok dua beban P1 dan P2

dan P2

Jarak Gardu ke P1 = 100 meter ; P1 = 20 kw, cos

Jarak Gardu ke P1 = 100 meter ; P1 = 20 kw, cos _ 0,8 0,8 Jarak P1 ke P2 = 300 meter ; P2 = 15 kw, cos

Jarak P1 ke P2 = 300 meter ; P2 = 15 kw, cos _ 0,9 0,9 Berapa jatuh tegangan total ?

Berapa jatuh tegangan total ?

MLP1 = 20 x 0,1 = 2 kW.km ; MLP1 = 1,5, cos MLP1 = 20 x 0,1 = 2 kW.km ; MLP1 = 1,5, cos _ 0,8 0,8 MLP2 = 15 x (0,3 + 0,1) = 6 kW.km ; MLP2 = 1,86, cos MLP2 = 15 x (0,3 + 0,1) = 6 kW.km ; MLP2 = 1,86, cos _ 0,9 0,9 ∆ ∆U = 2/1,81 + 6/1,86 = 4,3 %.U = 2/1,81 + 6/1,86 = 4,3 %.

(19)