Top Banner
Electric Power System Teori Dasar Listrik Artikel kali ini lebih saya tujukan kepada orang awam yang ingin mengenal dan mempelajari teknik listrik ataupun bagi mereka yang sudah berkecimpung di dalam teknik elektro untuk sekedar mengingat kembali teori-teori dasar listrik. I. SISTEM TENAGA LISTRIK Pengertian umum sistem tenaga listrik Sistem tenaga listrik adalah suatu sistem yang berfungsi untuk membangkitkan,mentransmisikan dan mendistribusikan energi listrik dari pusat pembangkit sampaikonsumenTiga komponen utama dari sistem tenaga listrika a. Pembangkit b. Transmisi c. Distribusi Penyaluran energi listrik dari pusat pembangkit sampai ke konsumen dapat digambarkan seperti gambar 1.1, pada gambar di bawah ini sudah mencakup ketiga unsure dari tiga komponen utama sistem tenaga listrik.
15

Makalah Konversi Tenaga Listrik

Dec 20, 2015

Download

Documents

Ndo Imh

untuk jurusan tenaga listrik elektro dalam membangun tenaga listrik di lapangan maupun di dalam. kebutuhan ini sangatlah penting karena untuk keperluan tenaga listrik sangatlah bagus
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Makalah Konversi Tenaga Listrik

Electric Power System

Teori Dasar Listrik

Artikel kali ini lebih saya tujukan kepada orang awam yang ingin mengenal dan mempelajari teknik listrik ataupun bagi mereka yang sudah berkecimpung di dalam teknik elektro untuk sekedar mengingat kembali teori-teori dasar listrik.

I. SISTEM TENAGA LISTRIK

Pengertian umum sistem tenaga listrik

Sistem tenaga listrik adalah suatu sistem yang berfungsi untuk membangkitkan,mentransmisikan dan mendistribusikan energi listrik dari pusat pembangkit sampaikonsumenTiga komponen utama dari sistem tenaga listrika

a. Pembangkit

b. Transmisi

c. Distribusi

Penyaluran energi listrik dari pusat pembangkit sampai ke konsumen dapat digambarkan seperti gambar 1.1, pada gambar di bawah ini sudah mencakup ketiga unsure dari tiga komponen utama sistem tenaga listrik.

Page 2: Makalah Konversi Tenaga Listrik

Apabila saluran transmisi menyalurkan tenaga listrik bertegangan tingi ke pusat - pusat beban dalam jumlah besar, maka saluran distribusi berfungsi membagikantenaga listrik tersebut kepada pihak pemakai melalui saluran tegangan rendah.Generator sinkron di pusat pembangkit biasanya menghasilkan tenaga listrik dengan tegangan antara 6 – 20 kV yang kemudian, dengan bantuan transformator,tegangan tersebut dinaikkan menjadi 150-500 kV. Saluran tegangan tinggi (STT)menyalurkan tenaga listrik menuju pusat penerima; disini tegangan diturunkan menjadi tegangan subtransmisi 70kV. Pada gardu induk (GI), tenaga listrik yang diterima kemudian dilepaskan menuju trafo distribusi (TD) dalam bentuk teganganmenengah 20kV. Melalui trafo distribusi yang terbesar di berbagai pusat beban,tegangan distribusi primer ini diturunkan menjadi tegangan rendah 220/380 V yang akhirnya diterima pihak pemakai.

1. Arus Listrik

adalah mengalirnya elektron secara terus menerus dan berkesinambungan pada konduktor akibat perbedaan jumlah elektron pada beberapa lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama. satuan arus listrik adalah Ampere.

Arus listrik bergerak dari terminal positif (+) ke terminal negatif (-), sedangkan aliran listrik dalam kawat logam terdiri dari aliran elektron yang bergerak dari terminal negatif (-) ke terminal positif(+), arah arus listrik dianggap berlawanan dengan arah gerakan elektron.

Gambar 1. Arah arus listrik dan arah gerakan elektron.

“1 ampere arus adalah mengalirnya elektron sebanyak 624x10^16 (6,24151 × 10^18) atau sama dengan 1 Coulumb per detik melewati suatu penampang konduktor” Formula arus listrik adalah:

I = Q/t (ampere)Dimana:

I = besarnya arus listrik yang mengalir, ampereQ = Besarnya muatan listrik, coulombt = waktu, detik

Page 3: Makalah Konversi Tenaga Listrik

2. Kuat Arus Listrik

Adalah arus yang tergantung pada banyak sedikitnya elektron bebas yang pindah melewati suatu penampang kawat dalam satuan waktu.

Definisi : “Ampere adalah satuan kuat arus listrik yang dapat memisahkan 1,118 milligram perak dari nitrat perak murni dalam satu detik”.

Rumus – rumus untuk menghitung banyaknya muatan listrik, kuat arus dan waktu:Q = I x tI = Q/tt = Q/I

Dimana : Q = Banyaknya muatan listrik dalam satuan coulomb I = Kuat Arus dalam satuan Amper. t = waktu dalam satuan detik.

“Kuat arus listrik biasa juga disebut dengan arus listrik”

“muatan listrik memiliki muatan positip dan muatan negatif. Muatan positip dibawa oleh proton, dan muatan negatif dibawa oleh elektro. Satuan muatan ”coulomb (C)”, muatan proton +1,6 x 10^-19C, sedangkan muatan elektron -1,6x 10^-19C. Muatan yang bertanda sama saling tolak menolak, muatan bertanda berbeda saling tarik menarik”

3. Rapat Arus

Definisi : “rapat arus ialah besarnya arus listrik tiap-tiap mm² luas penampang kawat”.

Gambar 2. Kerapatan arus listrik.

Arus listrik mengalir dalam kawat penghantar secara merata menurut luas penampangnya. Arus listrik 12 A mengalir dalam kawat berpenampang 4mm², maka kerapatan arusnya 3A/mm² (12A/4 mm²), ketika penampang penghantar mengecil 1,5mm², maka kerapatan arusnya menjadi 8A/mm² (12A/1,5 mm²).

Page 4: Makalah Konversi Tenaga Listrik

Kerapatan arus berpengaruh pada kenaikan temperatur. Suhu penghantar dipertahankan sekitar 300°C, dimana kemampuan hantar arus kabel sudah ditetapkan dalam tabel Kemampuan Hantar Arus (KHA).

Tabel 1. Kemampuan Hantar Arus (KHA)

Berdasarkan tabel KHA kabel pada tabel diatas, kabel berpenampang 4 mm², 2 inti kabel memiliki KHA 30A, memiliki kerapatan arus 8,5A/mm². Kerapatan arus berbanding terbalik dengan penampang penghantar, semakin besar penampang penghantar kerapatan arusnya mengecil.

Rumus-rumus dibawah ini untuk menghitung besarnya rapat arus, kuat arus dan penampang kawat:

J = I/AI = J x AA = I/JDimana:J = Rapat arus [ A/mm²] I = Kuat arus [ Amp] A = luas penampang kawat [ mm²]

4. Tahanan dan Daya Hantar Penghantar

Penghantar dari bahan metal mudah mengalirkan arus listrik, tembaga dan aluminium memiliki daya hantar listrik yang tinggi. Bahan terdiri dari kumpulan atom, setiap atom terdiri proton dan elektron. Aliran arus listrik merupakan aliran elektron. Elektron bebas yang mengalir ini mendapat hambatan saat melewati atom sebelahnya. Akibatnya terjadi gesekan elektron denganatom dan ini menyebabkan penghantar panas. Tahanan penghantar memiliki sifat menghambat yang terjadi pada setiap bahan.

Tahanan didefinisikan sebagai berikut :

“1 Ω (satu Ohm) adalah tahanan satu kolom air raksa yang panjangnya 1063 mm dengan penampang 1 mm² pada temperatur 0° C"

Daya hantar didefinisikan sebagai berikut:

Page 5: Makalah Konversi Tenaga Listrik

“Kemampuan penghantar arus atau daya hantar arus sedangkan penyekat atau isolasi adalah suatu bahan yang mempunyai tahanan yang besar sekali sehingga tidak mempunyai daya hantar atau daya hantarnya kecil yang berarti sangat sulit dialiri arus listrik”.

Rumus untuk menghitung besarnya tahanan listrik terhadap daya hantar arus:

R = 1/GG = 1/R

Dimana :R = Tahanan/resistansi [ Ω/ohm] G = Daya hantar arus /konduktivitas [Y/mho] 

Gambar 3. Resistansi Konduktor

Tahanan penghantar besarnya berbanding terbalik terhadap luas penampangnya dan juga besarnya tahanan konduktor sesuai hukum Ohm.

“Bila suatu penghantar dengan panjang l , dan diameter penampang q serta tahanan jenis ρ (rho), maka tahanan penghantar tersebut adalah” :

R = ρ x l/q

Dimana : R = tahanan kawat [ Ω/ohm] l = panjang kawat [meter/m] lρ = tahanan jenis kawat [Ωmm²/meter] q = penampang kawat [mm²]

faktot-faktor yang mempengaruhi nilai resistant atau tahanan, karena tahanan suatu jenis material sangat tergantung pada : • panjang penghantar.• luas penampang konduktor. • jenis konduktor .• temperatur.

Page 6: Makalah Konversi Tenaga Listrik

"Tahanan penghantar dipengaruhi oleh temperatur, ketika temperatur meningkat ikatan atom makin meningkat akibatnya aliran elektron terhambat. Dengan demikian kenaikan temperatur menyebabkan kenaikan tahanan penghantar"

5. potensial atau Tegangan

potensial listrik adalah fenomena berpindahnya arus listrik akibat lokasi yang berbeda potensialnya. dari hal tersebut, kita mengetahui adanya perbedaan potensial listrik yang sering disebut “potential difference atau perbedaan potensial”. satuan dari potential difference adalah Volt.

“Satu Volt adalah beda potensial antara dua titik saat melakukan usaha satu joule untuk memindahkan muatan listrik satu coulomb”

Formulasi beda potensial atau tegangan adalah:

V = W/Q [volt]

Dimana:V = beda potensial atau tegangan, dalam voltW = usaha, dalam newton-meter atau Nm atau jouleQ = muatan listrik, dalam coulomb

RANGKAIAN LISTRIK

Pada suatu rangkaian listrik akan mengalir arus, apabila dipenuhi syarat-syarat sebagai berikut : 1. Adanya sumber tegangan 2. Adanya alat penghubung 3. Adanya beban

Gambar 4. Rangkaian Listrik.

Pada kondisi sakelar S terbuka maka arus tidak akan mengalir melalui beban . Apabila sakelar S ditutup maka akan mengalir arus ke beban R dan Ampere meter akan menunjuk. Dengan kata lain syarat mengalir arus pada suatu rangkaian harus tertutup.

Page 7: Makalah Konversi Tenaga Listrik

1. Cara Pemasangan Alat Ukur.

Pemasangan alat ukur Volt meter dipasang paralel dengan sumber tegangan atau beban, karena tahanan dalam dari Volt meter sangat tinggi. Sebaliknya pemasangan alat ukur Ampere meter dipasang seri, hal inidisebabkan tahanan dalam dari Amper meter sangat kecil.

“alat ukur tegangan adalah voltmeter dan alat ukur arus listrik adalah amperemeter”2. Hukum Ohm

Pada suatu rangkaian tertutup, Besarnya arus I berubah sebanding dengan tegangan V dan berbanding terbalik dengan beban tahanan R, atau dinyatakan dengan Rumus :

I = V/RV = R x IR = V/I

Dimana;I = arus listrik, ampereV = tegangan, voltR = resistansi atau tahanan, ohm

• Formula untuk menghtung Daya (P), dalam satuan watt adalah: P = I x V P = I x I x R P = I² x R

3. HUKUM KIRCHOFF

Pada setiap rangkaian listrik, jumlah aljabar dari arus-arus yang bertemu di satu titik adalah nol (ΣI=0).

Page 8: Makalah Konversi Tenaga Listrik

Gambar 5. loop arus“ KIRChOFF “

Jadi: I1 + (-I2) + (-I3) + I4 + (-I5 ) = 0I1 + I4 = I2 + I3 + I5

II. Pembangkit

Pembangkit adalah tempat dibangkitkannya energi listrik peralatan utama pada pembangkit adalah turbin dan generator.

Pembangkit berfungsi untuk mengkonversikan sumber daya energi primer menjadienergi listrik.

Pusat pembangkit listri konversional mencakup

- Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU)

- Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA

- Pusat Listrik Tenga Gas (Gas)

- Pusat Listrik Tenga Diesel (PLTD)

Disamping pembangkit listrik konversional masih ada pembangkit listrik nonkonversional seperti-Pembangkit Listrik Tenaga Angin-Pembangkit Listrik Tenaga Matahari.

III. Jenis Pusat Pembangkit Listrik Beserta Penggunaanya

Tenaga listrik dihasilkan di pusat-pusat pembangkit tenaga listrik. Berdasarkan sumber dan asal tenaga listrik dihasilkan, dapat dikenal pusat-pusat listrik dan Pusat Pembangkit itu misalnya:

1. Pusat listrik tenaga thermo

Page 9: Makalah Konversi Tenaga Listrik

Pusat pembangkit listrik tenaga thermo menggunakan bahan bakar yangberbentuk padat, cair, dan gas.

Pusat pembangkit listrik tenaga thermo, terdiri dari:

a) Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU).Pada pusat listrik tenaga uap menggunakan bahan bakar batu bara,minyak, atau gas sebagai sumber energi primer.Untuk memutar generator pembangkit listrik menggunakan putaranturbin uap. Tenaga untuk menggerakkan turbin berupa tenaga uap yangberasal dari ketel uap. Bahan bahan bakar ketelnya berupa batu bara,minyak bakar, dan lainnya.

b) Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG)Pada pusat listrik tenaga gas, energi primer berasal dari bahan bakargas atau minyak. Untuk memutar generator pembangkit listrikmenggunakan tenaga penggerak turbin gas atau motor gas. Untukmemutar turbin gas atau motor gas menggunakan tenaga gas. Gasberasal dari dapur tinggi, dapur kokas, dan gas alam.

c) Pusat Listrik Tenaga Disel (PLTD)Pada pusat pembangkit listrik tenaga diesel, energi primer sebagaienergi diesel berasal dari bahan bakar minyak atau bahan bakar gas.Untuk memutar generator pembangkit listrik menggunakan tenagapemutar yang berasal dari putaran disel.

d) Pusat Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU)Pusat listrik tenaga gas dan uap merupakan kombinasi PLTG denganPLTU. Gas buang dari PLTG dimanfaatkan untuk menghasilkan uapoleh ketel uap dan menghasilkan uap sebagai penggerak turbin uap.Turbin uap selanjutnya memutar generator listrik.

e) Pusat Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP)Pusat Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP) merupakan pusat pembangkityang tidak memiliki ketel uap karena uap sebagai penggerak turbin uapberasal dari dalam bumi.

2. Pusat listrik tenaga hydro

Pusat listrik yang menggunakan tenaga air atau sering disebut Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA). Pada pusat listrik tenaga air, energi utamanya berasal dari tenaga air (energi primer). Tenaga air tersebut menggerakkan turbin air dan turbin air memutar generator listrik. Pusat listrik ini menggunakan tenaga air sebagai sumber energi primer.

Pusat Listrik Tenaga Air dibagi menjadi 2 (dua), yaitu:

Page 10: Makalah Konversi Tenaga Listrik

a) Pusat listrik tenaga air daerah bukit, memanfaatkan selisih tinggi jatuhnya air yang tinggi.

b) Pusat listrik tenaga air daerah datar, memanfaatkan debit air dan tinggi jatuhnya air rendah.

3. Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)

Pada pusat pembangkit ini, tenaga nuklir diubah menjadi tenaga listrik. Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) merupakan PLTU yang menggunakan uranium sebagai bahan bakar dan menjadi sumber energi primer.

Uranium mengalami proses fusi (fussion) di dalam reaktor nuklir yang menghasilkan energi panas. Energi panas yang dihasilkan digunakan untuk menghasilkan uap dalam ketel uap. Uap panas yang dihasilkan ketel uap selanjutnya digunakan untuk menggerakkan turbin uap dan turbin uap memutar generator listrik.

Pusat listrik tenaga thermo berada di pusat pemakaian atau konsumen, kecuali pusat listrik tenaga nuklir. Sedangkan pusat listrik tenaga air berada jauh dari pusat pemakaian atau konsumen termasuk pusat listrik tenaga nuklir.

IV. Peranan Tenaga Listrik

Di pusat pembangkit tenaga listrik, generator digerakkan oleh turbin dari bentuk energi lainnya antara lain: dari Air - PLTA; Gas - PLTG; Uap - PLTU; Diesel - PLTD; Panas Bumi – PLTP;

Nuklir - PLTN. Energi listrik dari pusat pembangkitnya disalurkan melalui jaringan transmisi yang jaraknya relatif jauh ke pemakai listrik/konsumen.

Page 11: Makalah Konversi Tenaga Listrik

]Gambar 14.2 Penyaluran energi listrik dari sumber ke beban

Konsumen listrik di Indonesia dengan sumber dari PLN atau Perusahaan swasta lainnya dapat dibedakan sebagai berikut ;

1. Konsumen Rumah Tangga

Masing-masing rumah dayanya antara 450 VA s.d. 4.400 VA, secara umum menggunakan sistem 1 fasa dengan tegangan rendah 220 V/380 V dan jumlahnya sangat banyak.

2. Penerangan Jalan Umum (PJU)

Pada kota-kota besar penerangan jalan umum ini sangat diperlukan oleh karena bebannya berupa lampu dengan masing-masing daya tiap lampu/tiang antara 50 VA sampai dengan 250 VA bergantung pada jenis jalan yang diterangi, maka sistem yang digunakan 1 fasa dengan tegangan rendah 220 V/380 V.

3. Konsumen Pabrik

Page 12: Makalah Konversi Tenaga Listrik

Jumlahnya tidak sebanyak konsumen rumah tangga, tetapi masing-masing pabrik dayanya dalam orde ratusan kVA. Penggunaannya untuk pabrik yang kecil masih menggunakan sistem 1 fasa tegangan rendah (220V/380V), untuk pabrik-pabrik skala besar menggunakan sistem 3 fasa dan saluran masuknya dengan jaringan tegangan menengah 20 kV.

4. Konsumen Komersial

Yang dimaksud konsumen komersial antara lain stasiun, terminal, KRL (Kereta Rel Listrik), hotel-hotel berbintang, rumah sakit besar, kampus, stadion olahraga, mall, supermarket, dan apartemen. Rata-rata menggunakan sistem 3 fasa, untuk yang kapasitasnya kecil dengan tegangan rendah, sedangkan yang berkapasitas besar dengan tegangan menengah 20KV.

Gambar 14.3 Distribusi Tenaga Listrik ke Konsumen

Daftar Pustaka

Sumber http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/01/teori-dasar-listrik.html