Catatan
Ini merupakan kumpulan tugas-tugas S1 saya di mata kuliah Dasar Teknik Tenaga Listrik. Tugas ini tidak pernah dipublikasi dimanapun dan saya sebagai penulis dan pemegang hak cipta melisensi tugas ini customized CC-BY-SA dimana siapa saja boleh membagi, menyalin, mempublikasi ulang, dan menjualnya dengan syarat mencatumkan nama saya sebagai penulis dan memberitahu bahwa versi asli dan terbuka tersedia disini.
Proses Pengadaan Energi Listrik Secara Umum
Proses pengadaan energi listrik secara umum: Konversi(pembangkit) → Transmisi → Distribusi.
Konversi Listrik
Konversi dalam bidang tenaga listrik adalah konversi dari energi lain ke energi listrik. Konversi ini biasanya dipakai dalam menghasilkan listrik, penghasil listrik ini disebut pembangkit. Dengan kata lain sebagai produsen. Sebagai sumber energi listrik yang sudah resmi antara lain: PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air), PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap), PLTN (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir), PLTG (Pembangkit Listrik Tenaga Gas), PLTD (Pembangkit Listrik Tenaga Diesel) dan lain-lain. Pembangkit lain antara lain: Tenaga Surya, Tenaga Angin, Reaksi Kimia, Panas Bumi dan lain-lain.
Energi Nuklir dll → Converter Reaktor dll → Alternate → Transformator Step Up; Converter Reaktor dll → Generate
Transmisi Listrik
Transmisi listrik adalah proses pengiriman listrik. Pengiriman melewati jaringan listrik.
Transformator Step-Up → Jaringan Tegangan Tinggi → Transformator Step-Down → Jaringan Tegangan Menengah → Pabrik
Distribusi Listrik
Distribusi listrik adalah proses pembagian listrik kepada konsumen.
Jaringan Tegangan Menengah → Transformator Step-Down → Jaringan Tegangan Rendah → Konsumen
Grafik listrik DC (Direct Current), V(t) = 2 volt, V(0) = 0 volt
Grafik listrik AC (Alternating Current), V(t) = sin(wt)
Teori-Teori Dasar
Hukum Ohm
Hukum ohm: V=IR, V = tegangan (volt), I = arus (ampere), R = hambatan (ohm).
Inverter, Rectifier, UPS
Listrik AC (alternating current) menjadi DC, menggunakan rectifier. Listrik DC (direct current) menjadi AC, menggunakan inverter. Jika listrik tiba-tiba mati, maka dapat merusak komputer, hardware maupun software (data). Untuk mengantisipasi hal ini, dibikin UPS. UPS mengalirkan listrik AC ke komputer sekaligus menyimpan listrik dalam bentuk DC. Jika listrik tiba-tiba mati, maka komputer akan menggunakan listrik simpanan UPS, setidaknya memberi waktu untuk menyimpan data dan mematikan komputer dengan aman.
Trafo (Transformator)
Transformator (trafo) adalah alat untuk mengubah tegangan. Trafo step-down menurunkan tegangan sedangan trafo step-up meningkatkan tegangan.
Contoh Trafo step-down DC, trafo step-up DC bila rangkaian dibalik. Vin = V1+V2 = I1 R1+I3 R2. I1 = I2+I3. Vout = V2 = Vin-V1.
Trafo AC. V1/V2 = N1/N2 = I2/I1.
Magnetic Field
Jika ada arus yang mengalir I ke arah dl (panjang) maka timbul kuat medan magnet H.
dH = (IdI x aR)/(4πR2)(A/m), H = ∮(IdI x aR)/(4πR2)
I = arus (A), dl = panjang, aR = vektor, R = panjang vektor.
Flux Medan Magnet
B = dΦ/ds = μH, Φ = ∮Bds
B = kerapatan flux medan magnet (weber/area), Φ=flux medan magnet (weber), ds = luar area (m2), H = kuat medan magnet (A/m)
Prinsip Kerja Generator Arus Searah
Prinsip kerja suatu generator arus searah berdasarkan hukum Faraday: e = -N dΦ/dt
Dimana, N: jumlah lilitan, Φ: fluksi magnet, e: Tegangan imbas, ggl(gaya gerak listrik).
Proses terbentuknya ggl pada sisi kumparan generator.
Tegangan yang dihasilkan adalah arus bolak-balik. Selanjutnya arus tersebut akan disearahkan oleh komutator.
Komutator berfungsi sebagai saklar. Komutator berupa cicin belah yang dipasang pada ujung jangkar. Bila jangkar berputar maka cincin akan berputar. Bila kumparan telah berputar setengah putaran, sikat akan menutup celah cincin sehingga tegangan menjadi nol. Karena cincin berputar terus, maka celah akan terbuka lagi dan timbul tegangan lagi. Bila perioda tegangan sama dengan perioda perputaran cincin, tegangan yang timbul adalah tegangan arus searah gelombang penuh.
Jenis-Jenis Generator Arus Searah Dilihat Dari Belitan Medannya
Generator DC penguatan terpisah. Vf = If Rf, Ea = Vt + Ia Ra
Generator Penguatan Sendiri
Seri. Vt = Ia Ra, Ea = Ia (Ra + Rf) + Vt + < Vsi
Shunt. Vt = If Rf, Ea = Ia Ra + Vt + < Vsi
Compound
Panjang. Ia = If1 = IL + If2, Ea = Vt + Ia(Ra + Rf1) + < Vsi
Pendek. Ia = If1 + If2 = IL + If2, Ea = Vt + ILRf1 + IaRa + < Vsi
Soal-Soal
1. Sebuah generator DC kompon panjang memberikan daya 300 kW pada tegangan terminal 600V. Resistansi medan parallel adalah 75 resistansi armature, resistansi brush adalah 0.03, resistansi komutasi belitan medan adalah 0.011 resistansi medan seri adalah 0.012, resistansi divertor adalah 0.036 Bila generator dibebani penuh hitunglah tegangan dan daya yang dihasilkan oleh beletan jangkar (armature)!
Ish = 600V/75Ω = 8A, I = 300000W/600V = 500A, Ia = Ish+I = 8A+500A = 508A
∆Vtotal = ∆V+∆Va = Ia R+Ia Ra = Ia (R+Ra) = 508A(0.03Ω+0.02Ω) = 25.4V
emfV = V+∆Vtotal = 600V+20.4V = 625.4V
emfP = (emfV)(Ia) = (625.4V)(508A) = 317703.2W
2. Trafo 1ɸ diberikan supply 50 Hz step down 2200 V→250 V dengan luas 36 cm2 dan kerapatn fluks 6 wb/m2, carilah belitan primer dan sekunder.
Diketahui:
f = 50 Hz
E1 = 2200 V
E2 = 250 V
A = 0.0036 m2
Bm = 6 wb/m2
Ditanya:
N1 dan N2
Jawab
Φm = (Bm)(A)=(6 wb/m2)(0.0036 m2) = 0.0216 wb
E = (4.44)(f)(N)(Φm) = (4.44)(f)(N)(Bm)(A)
belitan primer = E1/((4.44)(f)(Φm)) = 2200/((4.44)(50 Hz)(0.0216 wb)) = 458.79
belitan sekunder = E2/((4.44)(f)(Φm)) = 250/((4.44)(50 Hz)(0.0216 wb)) = 52.135
3. Daya trafo 1ɸ adalah 25 KVI, belitan primer adalah 500, belitan sekunder adalah 50, belitan primer dihubungkan dengan tegangan 3000 V dengan frekuensi 50 Hz. Carilah arus beban pada belitan primer dan sekunder, emf sekunder dan fluks maksimal. (abaikan drop voltage)
Diketahui
P = 25 VI
N1 = 500
N2 = 50
E1 = 3000 V
f = 50 Hz
Ditanya
I1, I2, E2 dan Φm
Jawab
E = (4.44)(f)(N)(Φm) = (4.44)(f)(N)(Bm)(A)
Φm = (4.44)(f)(N1)/E1 = (4.44)(50 Hz)(500)/(3000 V) = 37 wb
E2/E1 = (4.44)(f)(N2)(Φm)/(4.44)(f)(N1)(Φm) = N2/N1
E2=N2/N1 E1 = 500/50 3000 V = 30000V
P=(V)(I)
I1 = P/E1 = (25 W)/(3000 V) = 8.3mA
I2 = P/E2 = (25 W)/(30000 V) = 0.83mA
Mirror