Hubungan Daya Aktif dan Frekuensi

Dalam sistem tenaga listrik, umumnya digunakan generator sinkron fasa tiga untuk pembangkit tenaga listrik yang utama, maka pengaturan frekuensi sistem praktis tergantung pada karakteristik dari generator sinkron tersebut.

Untuk dua buah generator sinkron yang bekerja secara paralel, diagram vektor dari fluks magnetik, tegangan, arus dan dayanya, digambarkan sebagai berikut:


Gambar 1.1 Diagram vektor dua buah generator sinkron yang bekerja paralel

Alat Penghemat Listrik

Alat "penghemat" listrik

Pada beberapa pusat keramaian seringkali ada yang menawarkan alat penghemat listrik. Klaimnya, konsumen hanya perlu memasang alat ini pada salah satu soket listrik untuk dapat menghemat listrik sampai dengan 40%.

Para penjual alat-alat ini umumnya dipersenjatai sebuah alat demonstrasi untuk menunjukkan kepada calon konsumen bahwa alat penghemat listrik tersebut memang benar-benar bekerja. Biasanya alat peraga dilengkapi dengan sumber daya listrik PLN,

Sistem Pentanahan

Dalam sebuah instalasi listrik ada empat bagian yang harus ditanahkan atau sering juga disebut dibumikan. Empat bagian dari instalasi listrik ini adalah:

a. Semua bagian instalasi yang terbuat dari logam (menghantar listrik) dan dengan mudah bisa disentuh manusia. Hal ini perlu agar potensial dari logam yang mudah disentuh manusia selalu sama dengan potensial tanah (bumi) tempat manusia berpijak sehingga tidak berbahaya bagi manusia yang menyentuhnya.
b. Bagian pembuangan muatan listrik (bagian bawah) dari lightning arrester. Hal ini diperlukan agar lightning arrester dapat berfungsi dengan baik, yaitu membuang muatan listrik yang diterimanya dari petir ke tanah (bumi) dengan lancar, seperti telah dijelaskan pada artikel di sini.
c. Kawat petir yang ada pada bagian atas saluran transmisi. Kawat petir ini sesungguhnya juga berfungsi sebagai lightning arrester. Karena letaknya yang ada di sepanjang saluran transmisi, maka semua kaki tiang transmisi harus ditanahkan agar petir yang menyambar kawat petir dapat disalurkan ke tanah dengan lancar melalui kaki tiang saluran transmisi.
d. Titik netral dari transformator atau titik netral dari generator. Hal ini diperlukan dalam kaitan dengan keperluan proteksi khususnya yang menyangkut gangguan hubung tanah.

Dalam praktik, diinginkan agar tahanan pentanahan dari titik-titik pentanahan tersebut di atas tidak melebihi 4 ohm.

Secara teoretis, tahanan dari tanah atau bumi adalah nol karena luas penampang bumi tak terhingga. Tetapi kenyataannya tidak demikian, artinya tahanan pentanahan nilainya tidak nol. Hal ini terutama disebabkan oleh adanya tahanan kontak antara alat pentanahan dengan tanah di mana alat tersebut dipasang (dalam tanah). Alat untuk
melakukan pentanahan ditunjukkan oleh Gambar 1.


Gambar 1. Macam-macam alat pentanahan.

Konfigurasi Hubungan Belitan Transformator 3 fasa

Pada artikel Transformator di sini, telah dibahas mengenai klasifikasi transformator dan bagian-bagian transformator, dan kemudian diikuti dengan artikel selanjutnya tentang bagian-bagian transformator dan peralatan proteksinya di sini. Rangkaian artikel mengenai transformator dilengkapi pula dengan artikel mengenai perawatan dan pemantauan kondisi transformator saat bekerja di sini.

Sedangkan artikel kali ini akan dibahas secara umum, HANYA mengenai hubungan-hubungan belitan pada transformator 3 fasa. Dan jika anda ingin mengetahui besarnya nilai tegangan, arus dan daya pada masing-masing hubungan, anda dapat membacanya pada artikel di sini.

Transformator 3 fasa pada dasarnya merupakan Transformator 1 fase yang disusun menjadi 3 buah dan mempunyai 2 belitan, yaitu belitan primer dan belitan sekunder. Ada dua metode utama untuk menghubungkan belitan primer yaitu hubungan segitiga dan bintang (delta dan wye). Sedangkan pada belitan sekundernya dapat dihubungkan secara segitiga, bintang dan zig-zag (Delta, Wye dan Zig-zag). Ada juga hubungan dalam bentuk khusus yaitu hubungan open-delta (VV connection)

Konfigurasi Transformator 3 Fasa

Transformator hubungan segitiga-segitiga (delta-delta)


Gambar 1. Hubungan delta-delta (segitiga-segitiga).

Kualitas Daya Listrik

1. Pengantar
Kejadian padamnya suplai tegangan listrik secara tiba-tiba akan membawa akibat yang berbeda untuk setiap konsumen. Ini sangat tergantung pada:
• Kapan listriknya padam.
• Siapa yang mengalami pemadaman.
• Dimana terjadinya pemadaman.
• Berapa lama terjadinya pemadaman listrik.

Bebera contoh berikut akan dapat memperjelas dampak kejadian pemadaman listrik sesaat tersebut.
1. Padamnya lampu listrik walaupun hanya 10 detik, jika terjadi di ruang operasi rumah sakit tentu akan berbeda akibatnya dibandingkan dengan di ruang makan. Padamnya lampu di ruang operasi dapat menyebabkan akibat yang fatal bagi pasien jika dokter salah potong bagian yang dioperasi, sedangkan di ruang makan akibat yang paling fatal hanya salah gigit cabe.

2. Jika terjadi listrik padam selama 10 menit di sebuah kantor, akibat paling fatal mungkin karyawannya hanya akan mengomel karena ruangan menjadi panas karena AC mati. Jika listrik padam 2 menit saja di ruang UGD atau ruang ICU maka bukan hanya Acnya saja yang mati tetapi pasiennya bisa juga ikut mati.

3. Hasil penelitian di Amerika menunjukkan bahwa terjadi kerugian 45,7 milyar dolar pertahun ($45.7 billion per year ) pada industri dan bisnis digital akibat power interruption.

4. Kerugian di berbagai sector bisnis diperkirakan ($104 billion to $164 billion) pertahun akibat adanya interrupti dan diperkirakan kerugian ($15 billion to $24) akibat masalah power quality yang lain.

2. Pengertian Kualitas Daya Listrik (POWER QUALITY)

Perbaikan Faktor Daya

Sebelum membahas tentang perbaikan faktor daya dengan menggunakan kapasitor, ada baiknya kita mengingat kembali tentang pengertian umum dari Daya Semu, Daya Aktif dan Daya Reaktif.

Dalam sistem listrik AC/Arus Bolak-Balik ada tiga jenis daya yang dikenal, khususnya untuk beban yang memiliki impedansi (Z), yaitu:
• Daya semu (S, VA, Volt Amper)
• Daya aktif (P, W, Watt)
• Daya reaktif (Q, VAR, Volt Amper Reaktif)

Untuk rangkaian listrik AC, bentuk gelombang tegangan dan arus sinusoida, besarnya daya setiap saat tidak sama. Maka daya yang merupakan daya rata-rata diukur dengan satuan Watt,Daya ini membentuk energi aktif persatuan waktu dan dapat diukur dengan kwh meter dan juga merupakan daya nyata atau daya aktif (daya poros, daya yang sebenarnya) yang digunakan oleh beban untuk melakukan tugas tertentu.

Sedangkan daya semu dinyatakan dengan satuan Volt-Ampere (disingkat, VA), menyatakan kapasitas peralatan listrik, seperti yang tertera pada peralatan generator dan transformator. Pada suatu instalasi, khususnya di pabrik/industri juga terdapat beban tertentu seperti motor listrik, yang memerlukan bentuk lain dari daya, yaitu daya reaktif (VAR) untuk membuat medan magnet atau dengan kata lain daya reaktif adalah daya yang terpakai sebagai energi pembangkitan flux magnetik sehingga timbul magnetisasi dan daya ini dikembalikan ke sistem karena efek induksi elektromagnetik itu sendiri, sehingga daya ini sebenarnya merupakan beban (kebutuhan) pada suatu sistim tenaga listrik.

Gambar 1. Segitiga Daya.

Sistem Satuan dan Ukuran Standar Kelistrikan

Sistem Satuan

Pada awal perkembangan teknik pengukuran, dikenal dua sistem satuan yaitu sistem metrik (dipelopori Perancis sejak 1795) dan sistem CGS (centimeter-gram-second) yang dipelopori oleh Amerika Serikat dan Inggris (kedua Negara ini juga menggunakan sistem metrik untuk kepentingan internasional). Dan sejak tahun 1960 dikenalkan Sistem Internasional (SI Unit) sebagai kesepakatan internasional.

Ada enam besaran yang dinyatakan dalam sistem SI, yaitu:


tabel1. besaran dalam sistem SI.

Sinkronisasi

Sinkronisasi adalah suatu cara untuk menghubungkan dua sumber atau beban Arus Bolak-Balik (AC). Sumber AC tersebut antara lain generator dan beban adalah transformer yang akan digabungkan atau diparalel dengan tujuan untuk meningkatkan keandalan dan kapasitas sistem tenaga listrik, seperti telah dijelaskan pada artikel “metode paralel generator sinkron”

Pada gambar 1 diperlihatkan 2 buah generator pada satu busbar, generator #1 dalam keadaan terbuka dan akan diparalel atau disinkronkan ke busbar dimana generator #2 telah masuk (telah sinkron dengan jaringan/busbar).


Gambar 1. 2 generator dalam satu busbar.

Konversi Daya

Ada empat tipe konversi daya, atau dengan kata lain ada empat jenis pemanfatan energi listrik yang berbeda-beda, lihat gambar 1. Pertama dari listrik PLN 220 VAC melalui penyearah yang mengubah listrik AC menjadi listrik DC yang dibebani motor DC. Kedua mobil dengan sumber akumulator 12 V dengan inverter yang mengubah listrik DC menjadi listrik AC dengan tegangan AC 220 V dan dibebani PC. Ketiga dari sumber PLN 220 V dengan AC konverter diubah tegangannya menjadi 180 V untuk menyalakan lampu. Keempat dari sumber Akumulator truk 24 V dengan DC konverter diubah tegangannya menjadi 12 V untuk pesawat CB Transmitter.


Gambar 1. Pemanfaatan energi listrik.

Hukum Dasar Listrik

Dalam dunia listrik dikenal beberapa hukum-hukum dasar listrik, yaitu:
1. Hukum Faraday
2. Hukum Ampere-Biot-Savart
3. Hukum Lenz
4. Prinsip Konversi Energi Elektromekanik

Kesemua hukum diatas, bersama dengan hukum kekekalan energi akan menjelaskan mengenai prinsip kerja dasar dari suatu mesin listrik dinamis.

Artikel kali ini akan menjelaskan secara sederhana hubungan kesemua hukum tersebut. Selamat membaca dan semoga bermanfaat.

Hukum Faraday

Michael faraday (1791-1867), seorang ilmuwan jenius dari inggris menyatakan bahwa:

1. Jika sebuah penghantar memotong garis-garis gaya dari suatu medan magnetik (flux) yang konstan, maka pada penghantar tersebut akan timbul tegangan induksi.
2. Perubahan flux medan magnetik didalam suatu rangkaian bahan penghantar, akan menimbulkan tegangan induksi pada rangkaian tersebut.

Kedua pernyataan beliau diatas menjadi hukum dasar listrik yang menjelaskan mengenai fenomena induksi elektromagnetik dan hubungan antara perubahan flux dengan tegangan induksi yang ditimbulkan dalam suatu rangkaian, aplikasi dari hukum ini adalah pada generator. Gambar 1 akan menjelaskan mengenai fenomena tersebut.


Gambar 1. Hukum Faraday, Induksi Elektromagnetik.

Perubah Tap Pada Transformator (Indonesian Version)

Tap changer adalah alat perubah perbandingan transformasi untuk mendapatkan tegangan operasi sekunder yang lebih baik (diinginkan) dari tegangan jaringan / primer yang berubah-ubah.

Untuk memenuhi kualitas tegangan pelayanan sesuai kebutuhan konsumen (PLN Distribusi), tegangan keluaran (sekunder) transformator harus dapat dirubah sesuai keinginan. Untuk memenuhi hal tersebut, maka pada salah satu atau pada kedua sisi belitan transformator dibuat tap (penyadap) untuk merubah perbandingan transformasi (rasio) trafo.

Ada dua cara kerja tap changer:
1. Mengubah tap dalam keadaan trafo tanpa beban. Tap changer yang hanya bisa beroperasi untuk memindahkan tap transformator dalam keadaan transformator tidak berbeban, disebut “Off Load Tap Changer” dan hanya dapat dioperasikan manual (Gambar 1).

Kejadian Busur Api Pada Circuit Breaker

Pada waktu pemutusan atau penghubungan suatu rangkaian sistem tenaga listrik maka pada PMT (circuit breaker) akan terjadi busur api, hal tersebut terjadi karena pada saat kontak PMT dipisahkan , beda potensial diantara kontak akan menimbulkan medan elektrik diantara kontak tersebut, seperti ditunjukkan pada gambar dibawah.

Arus yang sebelumnya mengalir pada kontak akan memanaskan kontak dan menghasilkan emisi thermis pada permukaan kontak. Sedangkan medan elektrik menimbulkan emisi medan tinggi pada kontak katoda (K). Kedua emisi ini menghasilkan elektron bebas yang sangat banyak dan bergerak menuju kontak anoda (A). Elektron-elektron ini membentur molekul netral media isolasi dikawasan positif, benturan-benturan ini akan menimbulkan proses ionisasi. Dengan demikian, jumlah elektron bebas yang menuju anoda akan semakin bertambah dan muncul ion positif hasil ionisasi yang bergerak menuju katoda, perpindahan elektron bebas ke anoda menimbulkan arus dan memanaskan kontak anoda.

AC Motor Construction

Three-phase AC induction motors are commonly used in industrial applications. This type of motor has three main parts, rotor, stator, and enclosure. The stator and rotor do the work, and the enclosure protects the stator and rotor.

Harmonics Resonance

Harmonics Resonance is a phenomenon which can occur in a power system. It can cause system instability or damage to electrical components such as capacitors and transformers. Harmonic resonance occurs when the inductive reactance and the capacitive reactance of the power system become equal.

However, as the order of the harmonics (frequency) increases, the inductive reactance increases while the capacitive reactance decreases.

At a particular frequency of harmonics, the inductive and capacitive reactances become equal and resonance sets in. Resonance can cause erratic conditions in the power systems such as transient high or low voltages, unexplained breakdown of equipment such as failure of transformer windings or failure of capacitor. Transient voltages generated by such harmonics resonance can also result in unexpected operation of relays and breakers.

AC Motor

AC motors are used worldwide in many applications to transform electrical energy into mechanical energy. There are many types of AC motors, but this course focuses on threephase AC induction motors, the most common type of motor used in industrial applications. An AC motor of this type may be part of a pump or fan or connected to some other form of mechanical equipment such as a winder, conveyor, or mixer. Siemens manufactures a wide variety of AC motors. In addition to providing basic information about AC motors in general, this course also includes an overview of Siemens AC motors.

History Of Power Frequency

Many different power frequencies were used in the 19th century. Very early isolated AC generating schemes used arbitrary frequencies based on convenience for steam engine, water turbine and electrical generator design. Frequencies between 16⅔ Hz and 133⅓ Hz were used on different systems. For example, the city of Coventry, England, in 1895 had a unique 87 Hz single-phase distribution system that was in use until 1906. The proliferation of frequencies grew out of the rapid development of electrical machines in the period 1880 through 1900. In the early incandescent lighting period, single-phase AC was common and typical generators were 8-pole machines operated at 2000 RPM, giving a frequency of 133 cycles per second.

Though many theories exist, and quite a few entertaining urban legends, there is little certitude in the details of the history of 60 Hz vs 50 Hz.



The German company AEG (descended from a company founded by Edison in Germany) built the first German generating facility to run at 50 Hz, allegedly because 60 was not a preferred number. AEG's choice of 50 Hz is thought by some to relate to a more "metric-friendly" number than 60. At the time, AEG had a virtual monopoly and their standard spread to the rest of Europe. After observing flicker of lamps operated by the 40 Hz power transmitted by the Lauffen-Frankfurt link in 1891, AEG raised their standard frequency to 50 Hz in 1891.

Utility Frequency (Power Frequency)

The line frequency (American English) or mains frequency (British English) is the frequency at which alternating current (AC) is transmitted from a power plant to the end user. In most parts of the world this is 50 Hz, although in the Americas it is typically 60 Hz. Precise details are shown in the list of countries with mains power plugs, voltages and frequencies.

During the development of commercial electric power systems in the late 19th and early 20th centuries, many different frequencies (and voltages) had been used. Large investment in equipment at one frequency made standardization a slow process. However, as of the turn of the 21st century, places that now use the 50 Hz frequency tend to use 220-240 V, and those that now use 60 Hz tend to use 100-120 V. Both frequencies co-exist today (some countries such as Japan use both) with no technical reason to prefer one over the other and no apparent desire for complete worldwide standardization.


Figure 1. The waveform of 230 volt, 50 Hz compared with 110 V, 60 Hz.

Unless specified by the manufacturer to operate on both 50 and 60 Hz, appliances may not operate efficiently or even safely if used on anything other than the intended frequency.

AC Generation Analysis

Analysis of the AC power generation process and of the alternating current we use in almost every aspect of our lives is necessary to better understand how AC power is used in today’s technology.

Effective Values

The output voltage of an AC generator can be expressed in two ways. One is graphically by use of a sine wave (Figure 1). The second way is algebraically by the equation e = Emax sin wt, which will be covered later in the text.


Figure 1 Voltage Sine Wave

When a voltage is produced by an AC generator, the resulting current varies in step with the voltage. As the generator coil rotates 360°, the output voltage goes through one complete cycle. In one cycle, the voltage increases from zero to Emax in one direction, decreases to zero, increases to Emax in the opposite direction (negative Emax), and then decreases to zero again. The value of Emax occurs at 90° and is referred to as peak voltage. The time it takes for the generator to complete one cycle is called the period, and the number of cycles per second is called the frequency (measured in hertz).

Effects at High Frequencies

A direct current flows constantly and uniformly throughout the cross-section of a uniform wire. An alternating current of any frequency is forced away from the wire's center, toward its outer surface. This is because the acceleration of an electric charge in an alternating current produces waves of electromagnetic radiation that cancel the propagation of electricity toward the center of materials with high conductivity. This phenomenon is called skin effect.

At very high frequencies the current no longer flows in the wire, but effectively flows on the surface of the wire, within a thickness of a few skin depths. The skin depth is the thickness at which the current density is reduced by 63%. Even at relatively low frequencies used for high power transmission (50–60 Hz), non-uniform distribution of current still occurs in sufficiently thick conductors. For example, the skin depth of a copper conductor is approximately 8.57 mm at 60 Hz, so high current conductors are usually hollow to reduce their mass and cost.

Since the current tends to flow in the periphery of conductors, the effective cross-section of the conductor is reduced. This increases the effective AC resistance of the conductor, since resistance is inversely proportional to the cross-sectional area in which the current actually flows. The AC resistance often is many times higher than the DC resistance, causing a much higher energy loss due to ohmic heating (also called I^2R loss).



Techniques for reducing AC resistance

Wireless Electricity (WiTricity)

Understanding what WiTricity technology is—transferring electric energy or power over distance without wires—is quite simple. Understanding how it works is a bit more involved, but it doesn’t require an engineering degree. We’ll start with the basics of electricity and magnetism, and work our way up to the WiTricity technology.

Electricity: The flow of electrons (current) through a conductor (like a wire), or charges through the atmosphere (like lightning). A convenient way for energy to get from one place to another!
Illustration of earth's magnetic field


An illustration representing the earth's magnetic field