View
245
Download
0
Category
Preview:
DESCRIPTION
Materi Teknik Tenaga Listrik
Citation preview
TEKNIK TENAGA LISTRIK
SISTEM TEGANGAN/ARUS BOLAK‐BALIK(SINUSOIDAL)
AGUS R UTOMO
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTROUNIVERSITAS INDONESIA
JAKARTA
TEKNIK TENAGA LISTRIK
1. SISTEM TENAGA LISTRIK
Teknik Tenaga Listrik adalah bagian dari ilmu teknik kelistrikan yangmempelajari masalah ketenagaan yang berkaitan dengan listrik.
Sistem Tenaga Listrik adalah Keterpaduan seluruh aspek dan komponentenaga listrik yang dioperasikan.
Secara mendasar sistem tenaga listrik terdiri dari :Sistem konversi energi primer menjadi tenaga listrik .Sistem transformasi daya listrik.Sistem penyaluran daya listrik.Sistem beban utilitas.
AGUS R.UTOMO ‐ DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO ‐ UNIVERSITAS INDONESIA ‐ JAKARTA 1
G BEBANT T
TEKNIK TENAGA LISTRIK
2. GELOMBANG TEGANGAN DAN ARUS SEARAH
Tegangan/Arus Searah tidak mengalami pembalikan (perubahan) polaritas
AGUS R.UTOMO ‐ DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO ‐ UNIVERSITAS INDONESIA ‐ JAKARTA 2
Vi
t
Vi
t
Vi
t
Vi
t
i
ii
iv v
vv
TEKNIK TENAGA LISTRIK
AGUS R.UTOMO ‐ DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO ‐ UNIVERSITAS INDONESIA ‐ JAKARTA 3
3. GELOMBANG TEGANGAN DAN ARUS SINUSOIDAL
S
U
U
S
V
t
TEKNIK TENAGA LISTRIK
3.1. SISTEM FASORSistem fasor adalah sistem transformasi dari suatu fungsi waktu menjadibentuk bidang kompleks, yang tergantung dari sistem putaran (sudut fasa, frekuensi dan amplitudo).
3.1.A. Bidang Kompleks
AGUS R.UTOMO ‐ DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO ‐ UNIVERSITAS INDONESIA ‐ JAKARTA 4
+j (Im)
‐Re +Re
Z
‐j (Im)
R
x
z = z ( cos + j sin ) z = R + jx
z = z j
j ( cos + j sin )
2 2z = R x
= 1j
z = z
Rektangular
Trigonometri
Eksponensial
Polar
TEKNIK TENAGA LISTRIK
3.1.B. IMPEDANSI
AGUS R.UTOMO ‐ DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO ‐ UNIVERSITAS INDONESIA ‐ JAKARTA 5
V
R
L
C
i idt
cdtdiLRiV 1
V = 0
V = VR + VL + VC
V = Ri + jXL i – jXC i
V = [R + j(XL – XC ) ] i
V = Z i
Z = R + j(XL – XC )
XL = L = 2 f L
C 2π1
ωC1XC f
[Volt]
[Volt]
[Volt]
[Ohm]
[Ohm]
[Ohm]
[Volt]
[Volt]
[Volt]
L = Induktansi [Henry]C = Kapasitansi [Farad]
R = Resistansi [Ohm]
f = Frekuensi [Hz]
= 2 f
Z = Impedansi [Ohm]
TEKNIK TENAGA LISTRIK
Diagram Vektor Impedansi
AGUS R.UTOMO ‐ DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO ‐ UNIVERSITAS INDONESIA ‐ JAKARTA 6
+ Im
‐ Im
+ Re
+ Im
‐ Im
+ Re
XL‐XCXL ‐ XC
R
L
C
R
L
C
X
X = XL ‐ XC = tan‐1 (X/R)
TEKNIK TENAGA LISTRIK
7
3.1.C. Fasor Tegangan dan Arus Sinusoidal (AC)
Vm
Im
0‐ 2
‐Vm
‐Im
v(t)
i(t)
(t)
= 2f = kecepatan sudut fasa [ radial/det]
i(t)=Im cos (t + )
v(t)=Vm cos (t)
Vm = Tegangan maksimum [Volt ; V]
Im = Arus maksimum [ Ampere ; A ]
= Sudut fasa [ radial]
AGUS R.UTOMO ‐ DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO ‐ UNIVERSITAS INDONESIA ‐ JAKARTA
TEKNIK TENAGA LISTRIK
8
a. Sistem Resistif
Fasa V = Fasa i , atau V dan i sefasa atauV dan i berhimpit.
a. Gelombang tegangan/arus AC 1 fasa b. Vektor tegangan (V) dan arus (I)
Gbr. 2. Gelombang tegangan/arus AC 1 fasa sistem Resistif
t
V iV
i
0
Vi
AGUS R.UTOMO ‐ DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO ‐ UNIVERSITAS INDONESIA ‐ JAKARTA
TEKNIK TENAGA LISTRIK
9
b. Sistem Induktif
i tertinggal/terlambat (lagging) fasa dariV sebesar
induktif lagging
V,i -
a. Gelombang tegangan/arus AC 1 fasa b. Vektor tegangan [ V ]dan arus [ I ]
Gbr. 3. Gelombang tegangan/arus AC 1 fasa sistem Induktif
t
V i
V
i
0
‐V
i
AGUS R.UTOMO ‐ DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO ‐ UNIVERSITAS INDONESIA ‐ JAKARTA
TEKNIK TENAGA LISTRIK
10
c. Sistem Kapasitif
i mendahului (leading) dariV sebesar .
Kapasitif Leading
a. Gelombang tegangan/arus AC 1 fasa b. Vektor tegangan [ V ]dan arus [ I ]
Gbr. 4. Gelombang tegangan/arus AC 1 fasa sistem kapasitif
t
V i
V
i
V
i
AGUS R.UTOMO ‐ DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO ‐ UNIVERSITAS INDONESIA ‐ JAKARTA
TEKNIK TENAGA LISTRIK
11
4. GELOMBANG TEGANGAN SINUSOIDAL (AC) 3 Fasa
Gbr. 5. Bentuk gelombang tegangan/arus boal-balik (AC) 3 Fasa
Va Vb Vc Va Vb Vc
90o 90o 90o 90oV
t0
+
-
AGUS R.UTOMO ‐ DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO ‐ UNIVERSITAS INDONESIA ‐ JAKARTA
TEKNIK TENAGA LISTRIK
12
4.1. Fasor Tegangan dan Arus Sinusoidal (AC) Tiga Fasa.
Va = Va 0o
Vb = Va 120o
Vc = Va 240o
V, i
Gbr. 6. Sistem Fasor Tegangan/Arus AC Tiga Fasa
Va
Vb
Vc
ic
ib
ia
240o
120o
120o
120o
AGUS R.UTOMO ‐ DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO ‐ UNIVERSITAS INDONESIA ‐ JAKARTA
TEKNIK TENAGA LISTRIK
13
4.2. Sistem Koneksi dan Tegangan AC 3 Fasa.
Gbr. 7. Sistem Koneksi dan Tegangan AC Tiga Fasa
c
b
a
VcaVbc
Vab
Vbn
Van
Vcn
a b
cSistem Delta
a b
cSistem Bintang
a b
c
AGUS R.UTOMO ‐ DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO ‐ UNIVERSITAS INDONESIA ‐ JAKARTA
TEKNIK TENAGA LISTRIK
14
Tegangan pada Sistem AC Tiga Fasa
Gambar 8. Tegangan AC 3 phasa pada jaringan (lines)
VL-n = Vp ; Van = Vbn = Vcn = 220 V
VL-L = VL ; Vab = Vbc = Vca = 380 V
VL-L = VL = 3 x Vp = 1.732 x Vp
VLa = Vab = 3 x 220 V = 1.732 x 220 V = 380 V
380 V380 V
380 V220 V
220 V
220 V
AGUS R.UTOMO ‐ DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO ‐ UNIVERSITAS INDONESIA ‐ JAKARTA
TEKNIK TENAGA LISTRIK
5. DAYA DAN FAKTOR DAYASecara umum :
Daya S = m.Vp.I [ VA ]m = Jumlah Phasa Untuk m = 3 Phasa
S = 3 Vp.I [ VA ]VL = 3 Vp S = 3 VL I [ VA ] Daya Nyata
P = 3 VL I cos [ Watt ] Daya AktivQ = 3 VL I sin [ VAr ] Daya Reaktiv
Cos = Faktor Daya (Power Factor) = pf
15AGUS R.UTOMO ‐ DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO ‐ UNIVERSITAS INDONESIA ‐ JAKARTA
TEKNIK TENAGA LISTRIK
16
Daya pada sistem AC terdiri dari 3 komponen : Komponen Daya Nyata (Real Power) ; S [ VA ] Komponen Daya Reaktif (Reactive Power) ; Q [ VAR ] Komponen Daya aktif (Active Power) ; P [ Watt ]
a. Daya Induktif b. Daya Kapasitif
Gbr.10. Daya Sistem AC
Watt
VAR
ind INDUKTIF
KAPASITIFWatt
VAR
kap
AGUS R.UTOMO ‐ DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO ‐ UNIVERSITAS INDONESIA ‐ JAKARTA
TEKNIK TENAGA LISTRIK
17
6. KOREKSI FAKTOR DAYA
Keterangan :komp = kompensasisbk = sebelum-
kompensasissk = sesudah –
kompensasi
Daya Aktiv P [ Watt ] nilainya tetap.
Daya Nyata S [ VA ] danDaya Q [VAR] nilainya berubah-ubah tergantung beban
Gambar 11. Segitiga Daya
Watt
VAR(ssk) VA
R(sbk)VA
R(komp)
01
TEKNIK TENAGA LISTRIK
18
Kondisi Aktual (Sebelum Kompensasi)VA(sbk) ; Q(sbk) ; pf(sbk) = cos 0 ; P (tetap)
( 8 )
Diinginkan (sesudah kompensasi)VA(ssk) ; Q(ssk) ; pf(ssk) = cos 1 ; P (tetap)
Q(komp) = Q(sbk) – Q(ssk) ( 9 )
VAR(komp) = VAR(sbk) – VAR(ssk) (10)
Q(komp) =VAR(komp) = P x (tan sbk - tan ssk) (11)
AGUS R.UTOMO ‐ DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO ‐ UNIVERSITAS INDONESIA ‐ JAKARTA
PQ sbk
o)(tan
PQ ssk )(
1tan
TEKNIK TENAGA LISTRIK
19
Bila (tan sbk - tan ssk ) = fm (12)
maka Q = fm x P [ VAR ] (13)
atau VAR = fm x Watt [ VAR ] (14)
fm = faktor pengali (multiplier factor), lihat Tabel Faktor Koreksi
Besaran kapasitor atau daya VAR kompensasi yang diperlukan untuk mendapatkan faktor daya diinginkan dapat dihitung (lihat formula dalam tabel 2.3)
AGUS R.UTOMO ‐ DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO ‐ UNIVERSITAS INDONESIA ‐ JAKARTA
TEKNIK TENAGA LISTRIK
20
6. CONTOH PERHITUNGAN
1. Suatu sistem memiliki peralatan-peralatan sebagai berikut :1. Motor 1 200 HP ; 3 fasa ; 4 kV ; pf = 0.85 ; = 0.752. Motor 2 40 HP ; 3 fasa ; 4 kV ; pf = 0.82 ; = 0.553. Motor 3 250 kW ; 3 fasa ; 4 kV ; pf = 0.80 ; = 0.654. Heater 100 kW ; 3 fasa ; 4 kV ; pf = 0.84 ;
Hitung :1. Total kVA yang diperlukan !2. Faktor daya (Pf/cos ) sistem !3. Arus total yang mengalir pada sistem !4. kVAR yang terjadi5. Besaran kVAR kompensasi (kVARkomp) yang diperlukan bila
dikehendaki sistem memiliki pf sebesar 95 % (lagging = induktif).
AGUS R.UTOMO ‐ DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO ‐ UNIVERSITAS INDONESIA ‐ JAKARTA
TEKNIK TENAGA LISTRIK
21
6. kVA setelah dikompensasi.7. kVAR sistem setelah dikompensasi8. Arus total sistem yang mengalir
Jawab :Diasumsikan peralatan beroperasi pada saat bersamaan.
Sebelum dikompensasi
Peralatan Efisiensi kVAM1 ; 200 HP; pf = 0.85 ; = 0.75 ; (200x 0.746)/(0.85x0.75) = kVAM2 ; 40 HP; pf = 0.82 ; = 0.55 ; (40 x 0.746)/(0.82x0.55) = kVACnv ; 250 HP; pf = 0.80 ; = 0.65 ; (250x 0.746)/(0.80x0.65) = kVAHtr ; 100 kW; pf = 0.84 ; = 0.84 ; (100)/(0.84) = kVA
Total kVA = X kVA
AGUS R.UTOMO ‐ DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO ‐ UNIVERSITAS INDONESIA ‐ JAKARTA
TEKNIK TENAGA LISTRIK
22
Segi Tiga Daya
Watt
VAR(ssk) VA
R(sbk)VA
R(komp)
AGUS R.UTOMO ‐ DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO ‐ UNIVERSITAS INDONESIA ‐ JAKARTA
TEKNIK TENAGA LISTRIK
23
Arus total sistem yang mengalir : I = (kVA)/(3 . V) = (X)/(3 x 620) = Z kA = A
Sistem dikompensasi (faktor daya dikoreksi) – Lihat segi tiga daya
Diperlukan kVAR kompensator
kVAR(komp) = P . fm - (lihat tabel fm) fm = 1.005kVAR(komp) = 530 x 1.005 = 533 kVAR
Sesudah dikompensasi (faktor daya dikoreksi) :
kVAssk = kW/pfssk = 530 kW/0.95 = 558 kVAArus total sistem Issk = (kVAssk/(3 .V) = (558/(3.380)=850 A.
AGUS R.UTOMO ‐ DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO ‐ UNIVERSITAS INDONESIA ‐ JAKARTA
TEKNIK TENAGA LISTRIK
24
kVAR sistem setelah dikoreksi :
Energi yang dapat dihemat
Total kW = (200 x 0.746) + (40 x 0.746) + 250 + 100 = 530 kWFaktor Daya (pf) sistem (awal) = kW/kVA = 530/878 = 0.6 = 60 %
Angka-angka (merah) bukan angka yang benar, tetapi harus disesuaikan dengan kaidah (rumus-rumusa) yang berlaku.
AGUS R.UTOMO ‐ DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO ‐ UNIVERSITAS INDONESIA ‐ JAKARTA
TEKNIK TENAGA LISTRIK
7. SOAL‐SOAL LATIHAN1. Suatu beban tiga fasa tidak seimbang, terhubung delta atau segitiga (lihat
gambar di bawah) dihubungkan dengan sumber daya tiga fasa pula yangmemiliki tegangan efektif sebesar 240 Volt.
a. Hitung arus masing‐masing saluran. b. Hitung arus yang mengalir pada masing‐masing beban. c. Hitung faktor daya total (sistem)
25AGUS R.UTOMO ‐ DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO ‐ UNIVERSITAS INDONESIA ‐ JAKARTA
A
B
C
Z1 Z2
Z3
IAB
IBC
ICA Z1 = 25 90o Ohm
VBC
VABVCA
Z2 = 20 0o Ohm
Z1 = 15 30o Ohm
TEKNIK TENAGA LISTRIK
2. Suatu sistem tiga fasa seimbang terdiri dari 1 unit beban hubungan deltadengan impedansi 10 ‐ 36.9o Ohm dan beban dengan hubungan Y. Keduamacam beban disuplai daya tiga fasa dengan VL = 141.4 240o V. Apabilaarus yang mengalir IP = 40.44 13.41o A, maka hitunglah impedansi bebanhubungan Y !
3. Suatu motor induksi 3 fasa, 50 Hz, 4000 V, 3350 kW, hubungan Y, beropersasidengan keadaan tidak seimbang. Hasil pengukuran menunjukkan :VAB = 4.09 kV, P1 = 0.91 MW, pf1 = 0.92VBC = 4.1 kV , P2 = 0.69 MW , pf2 = 0. 81VCA = 4.08 kV, P3 =0. 88 MW , pf3 = 0.80Hitung :Daya Reaktiv ( Q ) dalam kVAR masing‐masing, dan keseluruhan.Daya Nyata ( S ) dalam MVA masing‐masing dan keseluruhaan.Daya Aktiv (P) dalam MW dan faktor daya keseluruhan.Besaran kapasitor kompensasi yang harus dipasang bila pf keseluruhandiinginkian sebesar 0.95.
26
TEKNIK TENAGA LISTRIK
Sistem sinusoidal Satu FasaDaya Aktif P = V. I cos [ Watt ]Daya Nyata S = V.I [ VA ]Daya Reaktif Q = V.I sin [VAR]Faktor daya pf = cos
Kondisi sistem keseluruhan (total)Daya Aktif Ptotal = Pi [ Watt ]Daya Reaktiv Qtotal = Qi [ VAR ]Sudut Daya = tan‐1 (Qtot/Ptot)Faktor Daya pf = cos (tot)Daya Nyata S = Ptotal/cos (tot) [ VA ]
Sistem sinusoidal Tiga FasaDaya Aktif P = 3 Vp. Ip cos = 3 VL. IL cos [ Watt ]Daya Nyata S = 3 Vp. Ip = 3 VL. IL [ VA ]Daya Reaktif Q = 3 Vp. Ip sin = 3 VL. IL sin [VAR]Faktor daya pf = cos
27
TEKNIK TENAGA LISTRIK
Data Teknis Peralatan 3 Fasa, 50 Hz, 4 kV
Peralatan
Daya(Aktif=Output)
FaktorDaya Efisiensi
DayaNyata
DayaReaktif
SudutDaya
[ HP ] [ kW ] (pf = cos ) η [ % } S [ kVA ] Q [ kVAR]
Motor 1 200 149.20 0.85 75 234.04 180.32 50.39
Motor 2 40 29.84 0.82 55 66.16 59.05 63.19
Motor 3 250 0.80 65 480.77 410.66 58.67
Heater 100 0.84 119.05 64.59 32.86
TOTAL 529.04 0.60 889.14 714.62 53.49
28
TEKNIK TENAGA LISTRIK
KONDISI AWAL (SEBELUM DIKOMPENSASI)Total Daya Nyata yang diperlukan S = 889.14 kVADaya Reaktif yang terjadi Q = 714.62 kVARDaya Aktif yang terjadi P = 529.04 kWFaktor Daya sistem pf = cos = 0.6Sudut daya (total) = 54o. Arus yang mengalir I = 128.34 A
KONDISI SETELAH DIKOMPENNSASI (BARU) Faktor daya baru (diinginkan) pf = cos = 0.95 Sudut daya (total) baru = 18.19o.Daya Aktif (baru) P = 529.04 kWDaya Nyata (baru) S= 556.88 kVADaya Reaktif baru Q =173.89 kVARArus sistem yang mengalir I = 80.38 A
Kompensasi Reaktif yang diperlukan Qk= 540.73 kVAR
29
Recommended