BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Perkembangan sistem tenaga listrik yang pesat membutuhkan transmisi

tegangan tinggi. Lingkup studi tegangan tinggi sangat luas, antara lain meliputi

fenomena tegangan tinggi, seperti perhitungan medan listrik, gejala tembus listrik

dielektrik, dan lain-lain.

Pembangkitan tegangan tinggi terbagi menjadi pembangkitan tegangan

tinggi bolak-balik, pembangkitan tegangan tinggi searah, dan pembangkitan

tegangan tinggi impuls.

Dengan arus bolak-balik inilah energi dalam jumlah besar dapat

ditransmisikan. Namun demikian pembangkitan dan penyaluran tenaga listrik

pada umumnya tidak dilakukan dengan menggunakan sistem satu fasa, melainkan

dengan sistem tiga fasa.

Transmisi daya dilakukan pada tegangan tinggi yang dapat diperoleh

dengan menggunakan transformator penaik tegangan. Di ujung saluran, tegangan

diturunkan lagi sesuai dengan kebutuhan beban. Pemilihan sistem tiga fasa untuk

pembangkitan dan penyaluran energi listrik juga didasari oleh kelebihan unjuk

kerja maupun kelebihan ekonomis yang dapat diperoleh dari sistem ini.

Penyaluran daya dengan menggunakan sistem tiga fasa kurang berfluktuasi

dibandingkan terhadap sistem satu fasa. Selain dari pada itu, untuk penyaluran

daya tertentu pada tegangan tertentu akan memerlukan arus lebih kecil sehingga

dimensi saluran yang diperlukan akan lebih kecil pula. Konversi elektris-mekanis

juga lebih mudah dilakukan pada sistem tiga fasa dengan menggunakan motor tiga

fasa.

Tidak terdapat perbedaan antara jalur transmisi dan jalur distribusi kecuali

tingkat tegangan dan kemampuan penanganan dayanya. Jalur transmisi beroperasi

pada EHV (Extra High Voltage) dan biasanya mampu mentransmisikan energi

listrik dalam jumlah besar yang melintasi jarak yang sangat jauh. Jalur distribusi

membawa daya dalam jumlah terbatas pada tegangan lebih rendah dengan jarak

yang pendek.

Pendidikan Teknik Elektro UNIVERSITAS NEGERI MEDAN

1

B. Tujuan Penulisan

Tujuan dalam pembuatan makalah ini adalah sebagai presentasi dalam

memenuhi nilai mata kuliah Rangkaian Listrik II.

C. Batasan Masalah

Pembahasan Masalah dalam makalah ini adalah sebagai berikut:

Pembangkitan tegangan tiga fasa

Tegangan dan arus dalam hubungan Bintang (Y, Wye)

Tegangan dan arus dalam hubungan Segitiga (∆, Delta)

BAB II

Pendidikan Teknik Elektro UNIVERSITAS NEGERI MEDAN

2

PEMBAHASAN

A. Pembangkitan Tegangan Tiga Fasa

Pada dasarnya pasokan listrik AC dibagi kedalam sirkuit satu fase dan tiga

fase. Sirkuit AC satu fase memiliki dua buah kawat yang dihubungkan ke sumber

listrik. Tidak seperti sirkuit DC yang arah arus listrik nya tidak berubah, maka

dalam sirkuit AC arah arus berubah berkali-kali tiap detiknya tergantung pada

frekuensi pasokan. Listrik 240 volt (V) yang dipasok ke rumah kita merupakan

listrik AC satu fase dan memiliki dua buah kawat: ‘aktif’ dan ‘netral’.

Secara esensi untuk memahami konsep 3 fasa, kita akan mulai dari konsep

1 fasa. Jika sebuah coil diputar pada kecepatan tetap dalam sebuah medan

magnetik akan menghasilkan tegangan bolak balik.

Yang dimaksud dengan listrik arus bolak – balik 3 fasa adalah arus bolak –

balik yang terdiri dari 3 ( tiga ) keluaran fasa, dengan bentuk sinusiode dimana

besar / nilai tegangannya sama, frekuensi sama tetapi masing – masing berbeda

1/3 periode ( 120 derajat ). Hubungan listrik pada sistem 3 fasa bisa berupa :

1. Hubungan bintang

2. Hubungan delta

Jalur distribusi dapat terdiri dari empat jalur. Tiga jalur membawa listrik

dari tiga sirkuit listrik, yang dibagi menjadi jalur netral yang umum (tiga jalur

aktif dan satu jalur netral). Sistem 3 fase memiliki 3 bentuk gelombang (biasanya

membawa daya) yaitu 2/3 p radian (120 derajat,1/3 siklus) untuk waktu tertentu.

Gambar 1 menunjukan sistem satu siklus tiga fase, dari 0 hingga 360 derajat (2 p

radians), sepanjang aksis waktu. Garis yang diplotkan menunjukan keragaman

tegangan sesaat (atau arus) dalam waktu. Siklus ini akan berulang 50 atau 60 kali

per detiknya tergantung pada frekuensi sistem dayanya. Warna garis menyatakan

kode pewarnaan Amerika untuk sistem tiga fase: hitam =VL1 merah=VL2 biru=VL3.

Tegangan merupakan fungsi waktu, kecepatan putaran dan sebuah nilai

maksimum. Bentuk matematika sebuah tegangan dapat dituliskan seperti :

Dimana :

Vm = tegangan maksimum atau amplitudo dalam volt.

Pendidikan Teknik Elektro UNIVERSITAS NEGERI MEDAN

3

w = Frekuensi dalam radian per detik.

f = Frekuensi dalam jumlah siklus per detik atau Hertz per

detik.

Jika gulungan kawat (Coil) saluran a, b dan c, masing – masing bekerja

120 derajat ruang, diputar pada kecepatan yang sama serta medan magnetik yang

sama, akan menghasilkan tegangan yang sama kecuali sudut pergeseran masing –

masing saluran sebesar 120 derajat.

Secara matematika dapat dilambangkan sebagai :

Untuk setiap sinyal sinusoidal dilambangkan dengan tegangan akar rata-

rata (RMS) dan pergeseran fasa dari sebuah sinyal acuan.

Tegangan RMS sinyal sinusoidal diberikan persamaan :

Gambar 1.a Satu Siklus Sistem Listrik 3 Fasa

(Wikipedia contributors, 2005)

Pendidikan Teknik Elektro UNIVERSITAS NEGERI MEDAN

4

Gambar 1.b Sistem Listrik 3 Fasa

B. Hubungan Bintang (Y, Wye) dan Segitiga (Δ, Delta)

Untuk setiap gulungan coil mempunyai 2 titik :

1 titik awalan dan 1 titik akhiran.

Untuk sistem 3 fasa ini diartikan bahwa dibutuhkan 6 buah konduktor.

Untuk mengurangi rugi – rugi konduktor akan sama halnya (setara) dengan

mengurangi jumlah konduktornya.

Hal ini didapat dengan menghubungkan gulungan coil dan fasa masing – masing

pada setiap 2 bentuk saluran.

Ini disebut dengan hubungan Wye dan Delta. Sebelum kita menggambarkan

hubungan Wye dan Delta, perlu diketahui beberapa definisi, berupa :

1. FASA. Menggambarkan satu elemen atau divais dalam sebuah beban, saluran

atau sumber. Secara singkat disebut dgn cabang rangkaian.

2. SALURAN. Mengacu pd saluran transmisi atau pengkabelan yg

menghubungkan sumber ke beban.

3. NETRAL. Kabel ke-4 dlm sistem 3 fasa. Fasa dari kabel ke-4 tersebut

dihubungkan secara bersama – sama pada hubungan wye (Y).

4. Tegangan dan Arus Fasa. Tegangan dan Arus yang melintasi atau melalui

sebuah cabang tunggal sebuah rangkaian.

5. Arus Saluran. Arus yang mengalir pada setiap saluran (Ia, Ib, Ic)

6. Tegangan Saluran. Tegangan antara setiap 2 buah saluran (Vab, Vbc dan Vca),

Tegangan – tegangan ini juga dapat dirujuk sebagai tegangan saluran ke

saluran.

7. Tegangan netral Saluran. Tegangan antara setiap saluran terhadap titik netral

(Va, Vb dan Vc).

Pendidikan Teknik Elektro UNIVERSITAS NEGERI MEDAN

5

C. Tegangan dan Arus dalam Hubungan Bintang (Y, Wye)

Pada hubungan bintang (Y, wye), ujung-ujung tiap fase dihubungkan

menjadi satu dan menjadi titik netral atau titik bintang. Tegangan antara dua

terminal dari tiga terminal a – b – c mempunyai besar magnitude dan beda fasa

yang berbeda dengan tegangan tiap terminal terhadapa titik netral. Tegangan Va,

Vb dan Vc disebut tegangan “fase” atau Vf.

Gambar 2. Hubungan Bintang (Y, wye)

• Titik netral di-tanahkan

• Tegangan 3-fasa mempunyai magnitudo yg sama

• Perbedaan fasa antar tegangan adalah 120°

Pendidikan Teknik Elektro UNIVERSITAS NEGERI MEDAN

6

Dengan adanya saluran / titik netral maka besaran tegangan fase dihitung

terhadap saluran / titik netralnya, juga membentuk sistem tegangan 3 fase yang

seimbang dengan magnitudenya (akar 3 dikali magnitude dari tegangan fase).

V line = akar 3 Vfase = 1,732 x V fase

Sedangkan untuk arus yang mengalir pada semua fase mempunyai nilai yang sama

I Line = I fase

Ia = Ib = Ic

CONTOH SOAL

Mulai dengan asumsi bahwa tegangan fasa sebesar 120 V. Tentukan tegangan

saluran?

Kita mengatakan bahwa tegangan saluran sebesar 208 Volt yang melewatinya, dan

tegangan sistem keseluruhan dituliskan 120/208 V.

Pendidikan Teknik Elektro UNIVERSITAS NEGERI MEDAN

7

Gambar 3 menunjukkan sebuah hubungan sumber tegangan konfigurasi Wye (Y)

melayani tegangan ke beban dengan konfigurasi Wye (Y) dengan

menghubungkan 2 titik netral. Sistem ini mengacu pada sistem 4 kabel.

Gambar 3

Dalam sistem 4 kabel, berlaku hubungan persamaan seperti,

Persamaan diatas digunakan berdasarkan rangkaian setimbang antara konfigurasi

sumber dan beban serta analisa sederhana rangkaian 3 fasa. Persyaratan yang harus

dipenuhi untuk sebuah sistem 3 fasa atau rangkaian setimbang :

1. Seluruh sumber (3 sumber) dilambangkan dengan perangkat variabel 3 fasa

setimbang.

2. Seluruh beban 3 fasa sama dengan impedansi.

3. Impedansi saluran sama dengan seluruh fasanya (3 fasa)

CONTOH SOAL

4 kabel terhubung –Y, 3-Fasa, 120/208V Sumber dihubungkan dengan beban.

Impedansi per fasa adalah 12Ð300 W. Tentukanlah :

1. Fasa dan tegangan saluran pada beban.

2. Fasa dan arus melalui beban.

Pendidikan Teknik Elektro UNIVERSITAS NEGERI MEDAN

8

SOLUSI

Gunakan fasa sebagai acuan.

1. Fasa tegangan pada beban diberikan sebagai berikut :

Tegangan saluran–saluran pada beban diberikan sbb :

2. Pada beban hubungan – Y, fasa dan arus saluran adalah sama

Sama halnya dengan fasa arus dari fasa b dan fasa c diberikan persamaan

menjadi :

D. Tegangan dan Arus dalam Hubungan Segitiga (∆, Delta)

Pada hubungan segitiga (delta, Δ, D) ketiga fase saling dihubungkan

sehingga membentuk hubungan segitiga 3 fase.

Pendidikan Teknik Elektro UNIVERSITAS NEGERI MEDAN

9

Gambar 4. Hubungan Segitiga (∆, Delta)

• Sistem hanya punya satu macam tegangan, yakni LINE to LINE ( Vline )

• Sistem mempunyai dua arus :

– Arus LINE

– Arus FASA

• Arus FASA adalah:

Arus LINE :

Dengan tidak adanya titik netral, maka besarnya tegangan saluran dihitung antar

fase, karena tegangan saluran dan tegangan fasa mempunyai besar magnitude

yang sama, maka:

Pendidikan Teknik Elektro UNIVERSITAS NEGERI MEDAN

10

V line = V fase

Tetapi arus saluran dan arus fasa tidak sama dan hubungan antara kedua arus

tersebut dapat diperoleh dengan menggunakan hukum kirchoff, sehingga:

I line = akar 3 I fase = 1,732 x I fase

Atau

Arus saluran dihubungkan ke arus fasa dengan faktor Ö3 dan terjadi fasa tertinggal

sebesar 300.

CONTOH SOAL

3 kabel terhubung bintang (Y), 3 fasa, Sumber 120/208 V dihubungkan ke beban

setimbang terhubung-D. Impedansi per fasa adalah 12Ð300 W. Tentukanlah;

1. Tegangan fasa dan saluran pada beban.

2. Fasa dan arus saluran melalui beban.

SOLUSI

Untuk sebuah beban terhubung-D. Tegangan antar dua saluran (atau fasa) adalah

208Ð00 V.

1. Vab = VL = 208 V.

2. Arus fasa,

Arus saluran,

BAB III

Pendidikan Teknik Elektro UNIVERSITAS NEGERI MEDAN

11

PENUTUP

A. Kesimpulan

Yang dimaksud dengan listrik arus bolak – balik 3 fasa adalah arus bolak –

balik yang terdiri dari 3 ( tiga ) keluaran fasa, dengan bentuk sinusiode dimana

besar / nilai tegangannya sama, frekuensi sama tetapi masing – masing berbeda

1/3 periode ( 120 derajat ). Hubungan listrik pada sistem 3 fasa bisa berupa :

1. Hubungan bintang

2. Hubungan delta

Atau

Jalur tegangan =

Atau

Jalur arus = Ampere

B. Saran

Semoga makalah ini bermanfaat dan dapat menambah wawasan para

pembaca.

DAFTAR PUSTAKA

Pendidikan Teknik Elektro UNIVERSITAS NEGERI MEDAN

12

http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/01/sistem-3-fasa.html

http://eprints.undip.ac.id/25489/1/ML2F002546.pdf

http://eecafedotnet.files.wordpress.com/2011/08/sistem-tiga-fasa1.pdf

http://www.energyefficiencyasia.org/docs/ee_modules/indo/Chapter%20-

%20Electricity%20%28Bahasa%20Indonesia%29.pdf

http://staff.ui.ac.id/internal/040603019/material/threephasecircuitpaper.pdf

http://dekop.files.wordpress.com/2010/09/sistem-distribusi-tenaga-listrik.pdf

http://www.instalasilistrikrumah.com/sistem-listrik-3-phase/

http://andro-tech.blogspot.com/2012/05/hubungan-arus-tegangan-rangkaian-

star.html

http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/05/konfigurasi-hubungan-belitan.html

Pendidikan Teknik Elektro UNIVERSITAS NEGERI MEDAN

13