TEORI LISTRIK pdf

TEORI LISTRIK

EDITOR: ABDUL ROCHIEM

KATA PENGANTAR

Buku ini ditulis sebagai bahan bacaan untuk memperkaya dibidang pengetahuan Teknik, terutama bagi mereka yang bekerja dilingkungan Pembangkit Tenaga listrik dimana Teori Listrik merupakan Ilmu Dasar dalam mempelajari Ketel uap yang merupakan bagian dari system pembangkit yang memproduksi uap sebagai tenaga penggerak turbin uap dan selanjutnya memutar Generator.

Bagi mereka yang telah berhasil dan bekerja dilingkungan PLTU terutama jurusan Mesin, listrik maupun Kontrol, maka buku ini merupakan panduan utama karena ini merupakan bagian dasar pengetahuan sebelum bekerja di tempat tersebut.

Semoga buku ini ada manfaatnya

Terimakasih

Penulis

DAFTAR ISI TEORI LISTRIK

BAB I BESARAN DAN SATUAN DALAM LISTRIK

1.1. Konduktor 3

1.2. Tahanan. 4

1.3. Tegangan. 4

1.4. Arus. 5

BAB II HUBUNGAN ANTARA TAHANAN, TEGANGAN DAN ARUS.

2.1. Hukum Ohm 7

2.2. Daya 9

2.3. Energi listrik. 15

BAB III SISTEM ARUS BOLAK-BALIK

3.1. Rangkaian Tiga Phase 20

3.2. Daya Listrik Arus Bolak-balik 22

BAB IV TRANSFORMATOR

4.1. Transformator Daya 23

4.2. Transformator Phasa Tiga ( Tranformator 3 Phasa 24

BAB V GENERATOR

5.1. Prinsip Dasar 25

5.2. Konstruksi Generator 26

5.3. Kecepatan Putar 27

BAB VI MOTOR LISTRIK

6.1. Jenis-jenis motor listrik 29

6.2. Konstruksi dan bagian-bagian motor listrik 29

6.3. Prinsip Kerja Motor Induksi 33

6.4. Motor Listrik Arus Searah 34

BAB VII SIMBOL LISTRIK DAN ONE LINE DIAGRAM

7.1. Simbol – Simbol Listrik 37

7.2.

Diagram Garis Tunggal Sistem Kelistrikan 39

BAB I

BESARAN DAN SATUAN DALAM LISTRIK

1.5. Konduktor

Apabila bahan bakar tersebut ikatan muatan elektron - elektronnya terhadap inti atom sangat lemah atau dikatakan mempunyai banyak muatan elektron bebasnya, maka bahan tersebut dikatakan “Konduktor”, atau diartikan lain bahan yang mudah mengalirkan arus listrik, sehingga dengan energi yang kecil saja muatan - muatan elektronnya mudah terlepas (gambar. 1).

Gambar. 1

Suatu bahan dimana ikatan elektron – elektron terhadap inti atomnya kuat sekali dan elektron – elektron tersebut, apabila diberi energi dari luar sulit untuk melepaskan ikatannya, maka bahan tersebut dikatakan “Isolator”, atau dapat dikatakan suatu bahan yang sulit untuk mengalirkan arus listrik, (gambar. 2)

Gambar. 2

1.6. Tahanan.

Energi

Energi

Sudah dinyatakan bahwa suatu konduktor mempunyai sejumlah elektron bebas.

Logam-logamb biasanya merupakan konduktor yang baik karena banyak mempunyai elektron bebas. Tembaga dan Alumunium adalah logam yang banyak digunakan sebagai konduktro. Jika kita menginginkan aliran listrik kita gunakan konduktor dan sebaiknya jika kita tidak menginginkan aliran listrik kita gunakan isolator. Isolator dapat dikatakan menghambat atau menahan aliran listrik hambatan atau perlawanan bahan penghantar terhadap aliran listrik ini disebut “ Tahanan Listrik” dengan simbol R dan dalam satuan OHM (). Tembaga dan alumunium adalah konduktor (penghantar) yang baik, dikatakan mempunyai tahanan listrik yang lebih kecil, sebaiknya kaca dan karet sebagai isolator, dikatakan mempunyai tahanan listrik yang benar. Ada tiga faktor yang mempengaruhi harga tahanan listrik suatu bahan konduktor, yaitu:

 Panjang Konduktor

Semakin panjang konduktor semakin besar tahanan listriknya.

 Luas Penampang Konduktor

Semakin kecil luas penampang konduktor semakin besar tahanan listriknya.

 Temperatur.

Umumnya tahanan listrik suatu konduktor akan bertambah bila temperatur konduktor naik.

Konduktor yang pendek, tebal dan dingin tahan listriknya lebih kecil dari pada konduktor yang panjang, tipis dan panas.

1.7. Tegangan.

Untuk mendapatkan aliran arus listrik harus ada perbedaan potensial antara dua titik/terminal. Beda potensial antara dua titik ini disebut perbedaan tegangan atau tegangan saja dengan simbol U dan dalam satuan Volt (V) dengan kata lain tegangan itu adalah gaya yang mendorong elektron-elektron untuk berpindah / bergerak disepanjang penghantar, sehingga disebut juga gaya gerak listrik (GGL). Bila beda

potensial antara dua terminal konduktor dinaikkan, maka jumlah elektron yang mengalir akan bertambah banyak, sehingga aruspun bertambah besar pula.

1.8. Arus.

Jumlah elektron yang mengalir melalui titik tiap detik dapat mencapai jutaan elektron.

Banyaknya elektron melalui suatu titik setiap detik ini disebut kuat Arus Listrik dengan simbol I dan dalam satuan ampere (A).

BAB II

HUBUNGAN ANTARA TAHANAN, TEGANGAN DAN ARUS.

Bila kita bandingkan 2 tangki air yang sama dengan permukaan air yang berbeda (gambar.

3.A), aliran / arus pada gambar. A akan lebih besar dari pada aliran / arus air pada gambar.

B. Ini disebabkan karena gaya untuk mendorong air keluar dari tangki A lebih besar dari gaya untuk mendorong air keluar dari tangki B. Besar kecilnya gaya disebabkan oleh besar kecilnya perbedaan permukaan air.

A. B.

Gambar. 3.

Untuk permukaan yang sama tapi dengan saluran yang berbeda makan pada saluran yang panjang aliran air lebih kecil daripada saluran yang pendek (gambar. 4). Hal ini disebabkan karena gesekan atau hambatan dari saluran yang panjang lebih besar dari pada gesekan atau hambatan dari yang pendek. Prinsip ini analog dengan aliran arus listeik. Besarnya arus dalan suatu rangkaian tergantung pada 2 faktor, yaitu :

 Gaya / tegangan dalam volt yang mendorong arus agar dapat mengalir didalam rangkaian, dimana makin besar tegangan yang diberikan semakin besar arus yang mengalir.

 Tahanan listrik yang cenderung menahan aliran arus didalam rangkaian, dimana makin besar tahanan semakin kecil arus yang mengalir dalam rangkaian.

Jadi besarnya arus mengalir dalam suatu rangkaian tergantung tegangan dan tahanan listriknya, yaitu sebanding dengan tegangan dan berbanding terbalik dengan tahanan listrik.

A . B.

Gambar 4

2.1. Hukum Ohm.

Hubungan antara besaran tahanan (R) dalam Ohm, tegangan (V) dalam volt dan arus listrik (I) dalam ampere, dapat dinyatakan dalam bentuk rumus yang dikenal dengan hukum Ohm, yaitu :

1. I = V/R ………. Ampere.

2. V = I x R………. Watt.

3. R = V/I ………. Ohm.

Contoh Soal :

1. Tentukan arus listrik yang mengalir seperti pada gambar dibawah ini : Gambar 5

Jawab : V = 12 V R = 6

I = V/R = 12/6 = 2 A.

2. Tentukan total tahanan (RT), total arus

(IT) dan tegangan pada masing-masing beban (E1, E2, E3), seprti pada gambar dibawah :

Gambar. 6.

Jawab :

RT = RI + R2 + R3

RT = 2  + 3  + 7  RT = 12 

IT = I1 = I2 = I3

IT = ET/RT = 240/12 = 20 Ampere E1 = I1. R1 = 20 . 2 = 40 V

E2 = IT. R2 = 20. 3 = 60 V E3 = IT. R3 = 20. 7 = 140 V

3. Tentukan arus total dan arus listrik

pada beban R2 seprti pada gambar dibawah ini : Jawab :

RT = (R1. R2)/(R1 + R2) = (6. 4)/(6+ 4) = 24/10 = 2,4

IT = ET/RT = 24/2,4 = 10 Ampere ET = E1 = E2

12 = E2/R2 = 24/4 = 6 Ampere

Gambar 7 2.4. Daya

-Daya listrik

Jika suatu alat pemanas disambungkan pada suatu sumber tegangan, maka arus akan mengalir pada elemen (tahanan) dari alat pemanas tersebut. Proses ini adalah sebagai aplikasi dari perubahan energi listrik menjadi energi panas. Jika alat pemanas yang digunakan dirumah-rumah, yang pada labelnya mungkin tertulis 1 kilowatt, 4 kilowatt dan sebagainya. Ini menunjukkan bahwa alat pemanas 4 kilowatt menyerap daya lebih besar dari alat pemanas 1 kilowatt. Besarnya daya yang diserap ini dengan simbol P dinyatakan dalam watt. Bahwa besarnya daya listrik dapat diperhitungkan dari hasil perkalian antara tegangan dan arus, dapat dirumuskan sebagai berikut :

P = U x I dimana :

P = Besarnya daya listrik (watt) U = Besarnya tegangan (volt) I = Besarnya arus (ampere)

Atau besarnya daya listrik dapat dirumuskan lain :

 P = I² x R, karena U = I, maka P I x I x R atau

 P = U² x R, karena I = U/R, maka : P = U x U/R

 Daya Pada Rangkaian Beban Tahanan ( R ).

Bila pada rangkaian listrik terdapat beban tahanan (R), maka daya P yang ditunjukkan oleh watt meter sama dengan hasil perkalian U dan I.

P = U x I

Gambar 8

Daya yang ditunjukkan oleh watt meter dapat pula diperhitungkan terhadap I dan R, yaitu :

P = I² x R.

Gambar 9

 Daya Pada Rangkaian Dengan Beban Kombinasi R & XL

Bila rangkaian terdiri dari kompbinasi R dan XL, maka daya P yang ditunjukkan oleh watt meter tidak sama dengan perkalian U dan I.

Gambar 10

Daya (P) yang ditunjukkan oleh watt meter disebut daya aktif dengan simbul P dengan satuan watt yaitu daya yang diperhitungkan terhadap unsur R.

P = I2 x R atau P = UR x 1

 Hasil kali U dan I disebut :

Daya semua dengan simbul S dan satuan VA

S = V x I

 Daya semua dapat pula diperhitungkan terhadap I dan Z, yaitu :

S = I2 x Z

 Unsur reaktansi induktif XL menghasilkan daya jenis ke 3 yang disebut : Daya reaktif dengan simbol Q dan satuan VAR.

Q = I² x XL, atau Q = UXL x I

 Hubungan antara daya semua, aktif dan reaktif.

Bila pada diagram vektor tegangan (gambar. 11), masing-masing vektor dikalikan dengan I, maka didapatkan segitiga daya.

Gambar. 11

Dari segitiga ini kita dapatkan :

Cos  = P/S ……….  P = S . Cos 

Karena, S = U.I, maka : P = P.I.Cos , atau S² = P² + Q² dimana ; Cos  disebut juga faktor daya.

Gambar 12

 Daya pada rangkaian listrik dengan beban kondensator (C)

Gambar. 13

 Seperti pada gambar 13, suatu rangkaian listrik dengan beban kondensator, alat ukur watt meter menunjuk nol. Kondensator tidak menyerap daya aktif, kita telah mengetahui bahwa :

Daya Aktif (P) = U x I x Cos , karena; I dan U berebeda phasa 90, sehingga Cos  =

S² = P² + Q², karena P = 0, maka S² = Q² ……  S = Q, maka Q = U x I, karena U = I. XC, dimana XC = 1/C , maka Q = I . I /C.. I, jadi :

Q = I² /C..

Contoh :  c = 2  fc

 = 3,14

f = Frekuensi Arus bolak-balik (Hz).

c = Kapasitas dari kondensator (Farad).

Seperti pada gambar 10, suatu rangkaian listrik dengan beban kondensator, alat ukur Watt meter menunjuk nol. Kondensator tidak menyerap daya aktif, kita mengetahui bahwa:

Daya Aktif (P) = U x I x Cos , karena; I dan U berbeda phasa 90, sehingga Cos  = 0, maka ; P = 0.

S² x P² + Q², karena P = 0, maka S² = Q² ……  S = Q, maka Q = U x I, karena U = I . Xc, dimana Xc = I /  c, maka Q = I. I /  c. I, jadi :

Q = I²/ c

Contoh :  c = 2 fc

 = 3,14

f = Frekuensi Arus bolak-balik (Hz) c = Kapasitor dari kondensator (Farad)

Contoh :

Seperti pada gambar 14, dimana lampu dengan sumber tegangan 200 volt mengalirkan arus 1 Ampere, maka.

P = U x I = 200 x I = 200 watt

Gambar. 14.

Gambar 15.

2.5. Energi listrik.

Bahwa energi identik sama dengan listrik, yang didefinisikan “Besarnya daya listrik yang dilakukan persatuan waktu”, yang dihitung dalam satuan youle. Tetapi didalam

listrik biasa dinyatakan dalam WH (watt hour) atau Kwh (Kilo watt hour), karena 1 Wh = 3600 joule, atau1 joule = 1 watt detik. Adapun alat ukur khusus yang dipakai untuk mengukur energi listrik adalah Kwh meter.

Contoh :

Suatu alat pemakai (setrika) menyerap daya sebesar 500 watt, dipakai dalam waktu 1 jam, maka besarnya energi listrik yang terpakai adalah : 500 watt x 1 jam = 500 Wh.

Mengukur energi listrik dengan watt meter dan pencatat waktu.

P = ……… W t = ….………… h

Gambar 16.

BAB III

SISTEM ARUS BOLAK-BALIK

E/I

T E ^max

 2

0

1 Cycle / 1 Periode

GELOMBANG SINUSOIDA

Peak Value Effective Value

Peak Value Effective Value

Besarnya Tegangan atau Arus pada rangkaian arus bolak-balik yang diserap oleh beban adalah harga efektif.

Harga Efektif : Nilai dari gelombang Arus bolak-balik sinusoida

dimana pada nilai tersebut Tegangan/Arus akan

menyerap daya yang sama dengan daya yang

Rumus tersebut berlaku juga untuk besaran Arus ( I )

Tegangan Efektif dikatakan juga Tegangan Rms (root-mean-square)

Besarnya GGl Induksi yang dibangkitkan pada mesin Listrik:



max



maxcos

u _S

dt Volt N d

e   

. max

max 2max

2

0 2max

2 2

0 2max 0

2

707 , 0

2 2

4 ) 2 ( 2

) ( 2

) 2 (

1 1

E E

E E E

t Sin t

E

t d t Sin E

dt T e

E

eff eff

T eff































 

Nilai Tegangan efektif :

t

 





  maxcos

 

1 90 sin , 90 ,

sin max

. sin

2

sin cos

max max















sudut jika

dicapai imum

E

volt t

N f

dt t t d N

dt

t N d

e









 







 f

2

dt Volt N d

e   

21

GENERATOR SISTEM 3 PHASE

-a c

a

-c

b

-b

^U

S

Jenis Sambungan

a b c

V

Gelombang arus bolak-balik 3 phase





Xs Xs

Xs

Va

Vb

Vc

If

3.2. Daya Listrik Arus Bolak-balik

a

c V b

V

V

= V ph

- Vc Va-c = V

line

^line

V

c-b

Vb-a

BAB IV TRANSFORMATOR

DAYA LISTRIK ARUS BOLAK-BALIK

Daya listrik pada rangkaian sistem arus bolak-balik besarnya adalah :

AC

Z

Watt I U P  . DC

Daya Listrik Arus Bolak-balik dipengaruhi oleh jenis BEBAN

   

   

  Q U I Sin Volt Amper aktif  VAR 

aktif Daya

W Watt Cos

I U P

Aktif Daya

VA Amper Volt

I U S

Semu Daya

Re .

. Re

. .

.













P

Q S

P = U.I Cos



_Watt

Transformator adalah suatu peralatan listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian kerangkaian lain melalui gandengan magnit dan berdasarkan prinsip elektro magnet.

Transformator digunakan secara luas, baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika.

Penggunaannya dalam sistem tenaga listrik memungkinkan dipilihnya tegangan yang sesuai dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan misalnya : kebutuhan akan tegangan tinggi dalam pengiriman daya listrik yang jauh.

4.3. Transformator Daya

Fungsinya adalah untuk memindahkan / mentransfer daya listrik dari rangkaian satu kerangkaian lainnya, dengan menaikkan tegangan dari yang lebih rendah ke yang lebih tinggi ( Step Up ) atau sebaliknya dari yang lebih tinggi ke yang lebih rendah (Step Down) dengan tidak merubah frekuensi.

Adapun prosesnya adalah proses induksi elektro magnit dan prinsip kerja adalah sebagai berikut :

Gambar : Prinsip Kerja Transformator V1 = Tegangan input lilitan primer

N1 = Jumlah lilitan kumparan / lilitan primer.

0 = Fluksi

N2 = Jumlah kumparan / lilitan sekunder.

V2 = Tegangan output sekunder.

Bila pada kumparan primer diberikan tegangan bolak-balik (V1 ), maka pada inti besi terjadi fluksi yang arahnya berubah-ubah sesuai dengan input arus bolak-balik.

Fluksi yang terjadi akan menginduksi pada kumparan sekunder ( N2 ), sehingga pada kumparan timbul GGL induksi ( E2 ).

Perbandingan antara tegangan primer dengan tegangan sekunder tergantung pada perbandingan lilitan antara kumparan primer dengan kumparan sekunder.

Secara matematis dapat dinyatakan :

E1 V1 N1 --- = --- = --- = a E2 V2 N2

Pada umumnya yang dijelaskan diatas, adalah merupakan prinsip transformator , phasa tunggal.

4.4. Transformator Phasa Tiga ( Tranformator 3 Phasa )

Sehubungan alasan ekonomis dan untuk melayani penyaluran tenaga listrik pada sistem tegangan phasa tiga, maka digunakan transformator phasa tiga yang terdiri dari 3 buah transformator tunggal yang dipasang secara terpisah atau terpasang dalam satu casing.

Pada sistem penyaluran tenaga listrik baik disisi pembangkitan maupum transmisi maupun distrubusi umumnya menggunakan transformator phasa tiga dan untuk lebih jelasnya penggunaan transformator 3 phasa, maka perlu memahami jenis hubungan lilitan baik disisi primer maupun disisi sekunder.

Setiap sisi primer atau sisi sekunder transformator tiga phasa dapat dihubung menurut tiga cara yaitu

- Hubungan bintang ( Y ) - Hubungan Delta ( Δ ).

- Hubungan Zig-zag

Didalam prakteknya hubungan bintang dan hubungan delta paling banyak digunakan . Ujung lilitan awal biasanya diberi simbol A, B, dan C, sedang ujung akhirnya diberi simbol X ,Y, dan Z untuk sisi tegangan tinggi . Untuk sisi tegangan rendah ujung awal lilitan diberi simbol a , b, c dan ujung akhirnya diberi simbol x, y, dan z .

BAB V GENERATOR

Generator adalah Mesin Pembangkit Listrik yang berfungsi untuk mengubah energi mekanik dalam bentuk putaran menjadi energi listrik. Generator yang banyak digunakan dalam unit pembangkit adalah generator synkron, yang akan membangkitkan tegangan bolak - balik berdasarkan prinsip- prinsip dasar electro mekanik.

Kumparan medan berada pada rotor atau pada bagian yang berputar dari generator dan kumparan jangkar yang membangkitkan tegangan bolak – balik pada stator ( bagian yang diam ) dari generator.

5.4. Prinsip Dasar

Generator atau alternator Pembangkit Tenaga Listrik ( PLTU, PLTGU, PLTG, PLTA, PLTP dan PLTD menerapkan prinsip pembangkit listrik. Berdasarkan induksi, unsur utama untuk membangkitkan listrik secara induksi adalah :

- Medan magnit

- Penghantar ( Kumparan )

- Kecepatan relatif

Menurut hukum Faraday, apabila kumparan berputar didalam medan magnit atau sebaliknya medan magnit berputar didalam kumparan, maka pada ujung – ujung kumparan tersebut akan timbul gaya gerak listrik ( tegangan ).

Besarnya tegangan yang diinduksikan pada kumparan tergantung pada :

- Kuat medan magnit

- Panjang penghantar dalam kumparan

- Kecepatan putar ( gerakan )

Karena formula dari pembangkitan tegangan secara induksi adalah dΦ

e = - N --- dt

dimana : N = Banyaknya lilitan

dΦ

--- = Perubahan medan magnit dalam web/dt dt

Tanda minus ( - ) menunjukkan bahwa tegangan yang dibangkitkan berlawanan arah dengan yang membangkitkan.

Apabila rotor diputar ( kumparan medan magnit ), maka akan mengakibatkan timbulnya GGL bolak - balik pada kumparan stator, karena pada stator dipasang 3 ( tiga ) buah kumparan yang masing – masing sumbu kumparan ditempatkan berjarak 120⁰ , maka akan timbul / dibangkitkan GGL bolak-balik 3 ( tiga ) phase.

Medan magnit pada rotor imbul dengan mengalirkan arus searah ( dc ) pada kumparan rotor yang bertujuan untuk mendapatkan kutub - kutub magnit yang tetap dan besar medan magnitnya dapat diatur, dengan mengatur arus dan tegangan arus searahnya ( dc ).

Prinsip dasar timbulnya gaya gerak listrik ( GGL ) seperti terlihat pada gambar dibawah ini :

Gambar : Prinsip Pembangkitan GGL

5.5. Konstruksi Generator

Generator terdiri dari 2 ( dua ) bagian utama yaitu

- Bagian stationary ( diam ) disebut stator

- Bagian rotary ( berputar ) disebut rotor

Stator generator umumnya terdiri dari 3 ( tiga ) bagian yaitu

- Rangka stator ( stator frame )

- Inti stator ( stator core )

- Kumparan stator ( stator winding )

Rotor generator terdiri dari 2 ( dua ) bagian yaitu

- Inti rotor

- Kumparan rotor.

Konstruksi generator 1 ( satu ) phase diperlihatkan seperti gambar

Gambar : Konstrusi Generator 1( Satu ) Phase dengan 2 kutub

5.6. Kecepatan Putar

Generator sinkron dengan defenisi sinkron berarti bahwa frekuensi listrik yang dihasilkan dikunci ( locked-in ) atau sinkron pada rate mekanikal dari rotasi / putaran generator dan sama dengan kecepatan putar medan magnetik.

Frekuensi yang dihasilkan generator sinkron adalah : Ns . P f = --- 120 dimana : f = frekuensi listrik dalam Hz

Ns = Kecepatan sinkron ( kecepatan mekanikal medan putar ), putaran / menit.

P = Jumlah kutub rotor.

Umumnya daya listrik yang dibangkitkan oleh generator sinkron pada 50 Hz dan 60 Hz, sehingga kecepatan putar rotor ( kecepatan putarnya tetap ) tergantung kepada ( ditentukan oleh ) jumlah kutub pada rotor.

Contoh :

Untuk membangkitkan daya dengan frekuensi 50 Hz , pada generator 2 ( dua ) kutub, rotor harus berputar pada kecepatan 3000 Rpm.

Contoh :

Generator dengan 4 (empat ) kutub seperti diperlihatkan pada gambar dibawah ini, apabila diputar dalam 1( satu ) putaran akan menghasilkan 2 ( dua ) gelombang atau dua periode dan frekuensi berobah setengahnya.

Gambar : Generator 1 Phase dengan 4 Kutub

Hubungan antara frekuensi dengan perioda dapat dituliskan dengan formula berikut :

1

f = --- ( Hz ) T

dimana : Frekuensi ( F )

Banyaknya siklus ( gelombang ) dalam setiap detiknya, yang disimbulkan dengan huruf “ f “ dengan satuan Hertz ( Hz ) atau cyclus/second.

Perioda ( T )

Merupakan waktu yang ditempuh dalam satu putaran, dalam satuan detik.

BAB VI

MOTOR LISTRIK.

Motor listrik adalah mesin konversi elektro mekanis atau mesin listrk dinamis yang berfungsi mengkonversikan energi listrik menjadi energi mekanik berupa putaran.

6.1. Jenis-jenis motor listrik dibedakan menjadi 2 ( dua ) yaitu

a. Motor arus searah

b. Motor arus bolak-balik.

Jenis dari motor arus searah antara lain

a. Motor serie

b. Motor shunt.

c. Motor kompon.

Jenis dari motor arus bolak-balik antara lain

a. Motor sinkron.

b. Motor asinkron ( induksi ).

Khusus untuk motor arus bolak-balik berdasarkan jumlah phasa dibedakan menjadi 2 ( dua ) :

1. Motor 1 Phase

2. Motor 3 Phase

Motor listrik AC phase satu banyak digunakan untuk keperluan rumah tangga seperti : mesin kulkas, mesin air conditioning, motor ventilator dan lain sebagainya, sedangkan motor AC phase tiga ini banyak digunakan untuk keperluan industri.

6.2. Konstruksi dan bagian-bagian motor listrik

Motor Listrik AC terdiri dari 2 (dua) bagian utama :

- Stator : merupakan bagian dari motor listrik yang tetap ( tidak bergerak )

- Rotor : merupakan bagian motor listrik yang bergerak ( berputar ).

Berdasarkan konstruksinya stator terdiri dari bagian antara lain : Inti stator, Rangka ( body ), dan kumparan stator.

Gambar : Konstruksi Stator Motor Induksi

Belitan stator untuk motor induksi dengan rotor sangkar sama seperti motor induksi rotor gulungan.

Pada umumnya hubungan/ sambungan yang digunakan pada belitan stator adalah hubungan bintang dan segitiga seperti terlihat pada gambar

a. Belitan stator pada terminal motor

b. Belitan stator hubungan bintang.

Gambar. Bilitan stator hubungan segitiga.

Sedangkan jenis dan konstruksi rotor motor listrik AC dibedakan menjadi :

- Rotor sangkar ( Squirrel Cage ).

- Rotor lilit / gulungan ( Wound rotor ).

Konstruksi rotor sangkar terdiri dari sebuah inti baja yang dilaminasi dan terpasang pada poros, didalam inti terdapat rotor boxes yang biasanya terbuat dari aluminium atau tembaga.

Rotor boxs tersebut tidak diisolasi dan pada ujungnya dihubungkan singkat dengan sistem gelang ( ring ).

Keuntungannya :

- Putaran tetap pada beban yang bervariasi.

- Pemeliharaannya sederhana.

- Secara mekanik sangat kokoh.

Kerugiannya :

- Momen puntir pada waktu start jelek.

- Arus start tinggi.

- Variasi putarannya dapat dicapai dengan menggunakan mekanik (gear box).

Gambar : Konstruksi Rotor Sangkar

Konstruksi rotor lilit ( gulungan ) terdiri dari banyak gulungan, gulungan tersebut membuat selingan kecil dan ujung - ujungnya dibawa keluar kerangkaian ring melalui poros yang berhubungan.

Slipring terbuat dari phospor bronze, di slipring dipasang sikat arang yang menghubungkan rangkaian luar keporos yang bergerak.

Rangkaian ini biasanya terdiri dari variable resistance yang digunakan untuk menjalankan dan mengatur kecepatan dari motor.

Keuntungannya :

- Putaran tetap pada beban yang bervariasi - Dapat distart pada saat berbeban.

- Arus start rendah.

- Putaran dapat diatur melalui rangkaian luar.

Kerugiannya : - Sangat mahal

- Pemeliharaannya bertambah karena ada sikat arang.

Gambar : Konstruksi rotor gulungan

6.3. Prinsip Kerja Motor Induksi

Apabila sumber tegangan 3 phase dihubungkan pada kumparan stator, maka timbullah medan putar dengan kecepatan Ns = 120 f / p, kemudian medan putar tersebut memotong batang konduktor ( rotor ), akibatnya pada kumparan rotor timbul GGL induksi sebesar 4,44 N2 f2 .

Karena kumparan rotor merupakan rangkaian tertutup, GGL ( E ) akan menghasilkan arus ( I ), adanya arus didalam medan magnit menimbulkan gaya ( F ) pada rotor. Bila kopel mula yang dihasilkan oleh gaya ( F ) pada rotor cukup besar untuk memikul beban, maka rotor akan berputar searah dengan medan putar pada stator.

Gambar : Prinsip Kerja Motor induksi

Telah diterangkan diatas, bahwa tegangan induksi timbul terpotongnya batang konduktor ( rotor ) oleh medan putar stator. Artinya agar tegangan terinduksi diperlukan adanya perbedaan relatif antara kecepatan berputarnya rotor ( Nr ).

Perbedaan kecepatan antara Nr dan Ns disebut Slip ( S ) dinyatakan dengan :

Ns - Nr

S = --- x 100 % Ns

Bila : f = frekuensi jala-jala ( jaringan / sumber ), dan p = Jumlah kutub.

120. f1 p.Ns Ns = --- atau f1 = --- P 120

Pada rotor berlaku hubungan :

( Ns – Nr ) S = p --- 120 dimana :

f2 = frekuensi rotor

atau : f2 = f1 x S S = slip

6.4. Motor Listrik Arus Searah

Motor listrik arus searah banyak digunakan untuk keperluan emergensi, apabila tegangan bolak - balik hilang sehingga motor arus bolak-balik tidak dapat operasi, maka yang beroperasi motor arus searah.

Konstruksi dari motor arus searah terdiri dari :

- Rotor : merupakan kumparan jangkar ( Armature ) - Stator : merupakan kumparan medan ( Field )

Gambar : Konstruksi Motor Arus Searah

Prinsip Kerja :

Apabila kumparan medan ( stator ) dihubungkan dengan sumber tegangan arus searah ( dc ), maka akan timbul fluks magnit pada kumparan stator melalui kutub - kutubnya, karena kumparan jangkar ( rotor ) dialiri arus dc melalui sikat dan komutatornya, maka medan magnit ( fluks ) terbentuk juga dikumparan rotor, akibatnya terjadi interaksi antara kutub medan putar stator dengan kutub medan penguat ( kumparan rotor ), sehingga terjadi gaya dorong ( kopel ) yang cukup besar, maka rotor akan berputar.

Interaksi yang terjadi antara kutub medan putar stator ( 0 A ) dan medan penguat rotor ( 0 F ) dikenal dengan reaksi jangkar dan resultante kedua fluks tersebut dapat ditulis secara vektor sebagai berikut :

0R = 0F + 0A

Dibawah ini diperlihatkan prinsip kerja motor arus searah ( Gambar )

Gambar ; Prinsip Kerja Motor Searah

Jenis-Jenis Motor Arus Searah

- Motor serie

- Motor shunt

- Motor compont

Motor Compont terdiri dari 2 ( dua ) macam yaitu :

- Compont pendek

- Compont panjang

BAB VII

SIMBOL LISTRIK DAN ONE LINE DIAGRAM 7.3. Simbol – Simbol Listrik

SIMBOL NAMA PERALATAN

Kontak Normaly Open ( N.O. )

Kontak Normaly Close ( N.C. )

Tombol Tekan Normaly Open

( Push Button N.O. )

Tombol Tekan Normaly Close ( Push Button N.C. )

Saklar 3 pase dengan pelayanan

kontaktor magnit

Kontaktor Magnit / Relay

Rangkaian Pengaman 3 pase dengan Relay Thermal

Zekering / Fuse

Pemutusan dengan Relay Termal

Pemutusan dengan Elektromagnetic

Timer Relay

( Kontak Timer

a. Motor listrik AC b. Generator AC

a. Motor listrik DC b. Generator DC

Transformator

Limit switch N.O.

Limit Switch N.C.

No Fuse Breaker ( N F B )

Pentanahan

Jalur Terminal ; Blok Terminal

7.4. Diagram Garis Tunggal Sistem Kelistrikan

M G

M G

12 13 14 11

11 11 11

Diagram instalasi garis tunggal sistem kelistrikan Unit Pembangkit Listrik atau biasa disebut “ Single / One Line Diagram “ adalah menggambarkan diagram garis tunggal sistem kelistrikan Unit Pembangkit Listrik meliputi rangkaian sumber daya listrik dari generator yang disalurkan ke transmisi dan rangkaian kelistrikan pemakaian sendiri untuk keperluan alat-alat bantu.

Untuk keperluan menjalankan unit pembangkit listrik, sebagaimana dijelaskan pada uraian sebelum bahwa peralatan utama dapat operasi sangat tergantung dari peralatan bantu atau peralatan utama dapat dijalan bila peralatan bantunya sudah beroperasi normal.

Kebutuhan untuk menjalankan peralatan bantu, maka dibutuhkan energi listrik, energi listrik / daya dapat dipasok dari pembangkit kapasitas kecil yang terdapat pada unit pembangkit itu sendiri misalnya : diesel start up

Diesel Start Up d engan kapasitas kecil hanya digunakan untuk mengoperasikan / menjalankan peralatan bantu agar peralatan utama dapat dapat beroperasi dengan aman. Setelah unit Pembangkit sudah sinkron dengan sistem atau masuk dalam sistem, maka diesel star up stop kembali, sedangkan energi/daya keperluan peralatan bantu diambil dari luar sistem melalui Unit Auxiliary transformator ( Transfomator Bantu ) .

Kategori unit pembangkit ini disebut unit pembangkit yang dapat Start Up dan tidak

tergantung

dari pasok daya dari luar atau disebut unit pembangkit yang dapat“ Black Start “ misalnya :

PLTG, PLTA dan PLTD.

Disisi lain terdapat juga unit pembangkit, dimana untuk keperluan start up peralatan bantu cukup kira-kira 5 s/d 6 % dari kapasitasnya, maka untuk keperluan energi /daya menjalankan / startnya peralatan bantu sangat tergantung dari pasok energi / daya dari luar dan hanya untuk keperluan start up dan setelah masuk kesistem dan berbeban diatas 5 %, maka kebutuhan akan energi / daya untuk peralatan bantu diambil atau dipasok dari unit sendiri.

Kategori unit pembangkit ini disebut unit pembangkit yang tidak dapat start apabila tidak ada pasok energi/daya listrik dari luar atau unit pembangkit yang tidak dapat “ Black Start “ misalnya : PLTU dengan bahan bakar minyak dan PLTU dengan bahan bakar batubara.

Dibawah ini dapat dilihat diagram sistem kelistrikan pada Unit Pembangkit

Tenaga Listrik PLTGU.

Diagram Sistem Kelistrikan PLTU