3.1. TEORI LISTRIK TERAPAN

TEORI LISTRIK TERAPAN
1. RUGI TEGANGAN
1.1. PENDAHULUAN
Kerugian tegangan atau susut tegangan dalam saluran tenaga listrik adalah
berbanding lurus dengan panjang saluran dan beban, berbanding terbalik dengan
penampang saluran. Kerugian ini dalam persen ditentukan dalam batas-batas
tertentu. Misalnya di PT. PLN (Persero) berlaku pada tegangan rendah +5 %, - 10
% dari tegangan pelayanan.
1.2. DALAM PUIL .
Pada instalasi bangunan rugi tegangan dihitung dari alat pengontrol adalah
maksimum 2 % untuk instalasi lampu pijar dan maksimum 5 % untuk instalasi
alat-alat listrik lainnya, misalnya motor listrik.
Rugi tegangan untuk tegangan di atas 1 kilo volt, effek induktansi, effek
kapasitansi mempunyai nilai disamping resistansi.
Perhitungan kerugian dalam menghitung resistant saja adalah sederhana,
sedangkan perhitungan yang melibatkan induktansi dan kapasitansi tidak. Namun
untuk menghitung jala-jala saluran sederhana yang tidak terlalu kompleks, hal ini
dapat diabaikan. Oleh karenanya rugi tegangan dihitung oleh sebab nilai
resistansinya saja.
Tetapi untuk jaringan distribusi tegangan rendah dan tegangan menengah harus
dihitung juga pengaruh induktansi dan kapasitansinya, karena nilainya cukup
berarti.
2. TERMINOLOGI
P
: Beban dalam watt
U : Tegangan antar 2 saluran ( fasa - netral)
q
: Penampang saluran (mm²)
∆ : rugi tegangan (volt)
∆U : Rugi tegangan dalam %
L
: Panjang rute saluran (bukan panjang kawat).
 : Daya hantar jenis tembaga = 56, besi = 7, Alumunium =
32,7
I
: Arus beban.
3. SISTEM ARUS BOLAK-BALIK SATU FASA
Hitungan praktis dalam arus bolak-balik beban tanpa beban induksi
(misalnya lampu) :
3.1.
Rugi tegangan dalam %
q = L x P x 200 [mm²] atau q = L x I x 200 mm²
UxUxUx
Uxpx
Rugi tegangan dalam volt
q= L xPx2
U x ∆ x 
mm²] atau q = L x I x 2 [mm²
∆ x 
Lanjutan 3.1.
3.2.
Rugi tegangan dalam volt
q = L x P x 2 mm²] atau q = L x I x 2 [mm²
U x ∆ x 
∆ x 
Contoh -1 :
Pada ujung panjang 250 meter diberi beban 12 lampu @ 75 watt,
tegangan 115 volt. Rugi tegangan maksimum 2 %. Berapa
penampang saluran ?
q = L x P x 200 = 250 x 12 x 75 x 200 = 4.86 mm²
U² x ∆U x 
115 x 115 x 2 x 56
Jadi kita memilih memakai kawat 6 mm²
Sehingga rugi tegangan menjadi 4,86 x 2 % = 1,62 %
6
Atau dalam volt :
∆ = L x P x 2 = 40 x 12 x 75 x 2 = 1,87 volt.
Uxqx
115 x 6 x 56
Lanjutan 3.2.
Contoh - 2 :
Instalasi arus bolak-balik pada jarak 20 meter dari PHB dibebani 14
Ampere dan 25 meter kemudian dibebani 16 Ampere .
Berapa penampang kawat yang di perlukan :
Tegangan yang di pakai 127 Volt, rugi tegangan maksimum 2,5 Volt
L1
PHB
P1 = 14 A
L2 = 25 meter
P2 = 16 A
Batasan rugi tegangan pada P2 adalah 2,5 Volt.
Misalkan rugi tegangan pada P1 = 1,5 Volt, pada L2 = 1 volt
perhitungan di bagi dua :
Penghantar L1
q = L x I x 2 mm² = 20 x ( 14 + 16 ) x 2 = 14,3 mm²
∆ x 
1,5 x 56
penghantar L2
q = L x I x 2 = 25 x 16 x 2 = 14,3 mm²
∆x 
1 x 56
Jadi penghantar yang diambil dengan penampang 16 mm²
Lanjutan 3.2.
1. Penghantar L1
q = L x I x 2 mm² = 20 x ( 14 x 16 ) x 2 = 14,3 mm²
∆ x 
1,5 x 56
2. Penghantar L2
q = L x I x 2 = 25 x 16 x 2 = 14,3 mm²
∆x 
1 x 56
Jadi penghantar yang diambil dengan penampang 16 mm²
Contoh-3 :
Berapa penampang hantaran yang diperlukan untuk penyambungan
dengan syarat-syarat :
U = 115 Volt.
I = 140 Ampere
L = 20 meter
∆ = 2 % atau 2,3 Volt.
q = L x I x 2 = 20 x 140 x 2 = 43,4 mm²
∆ x 
2,3 x 56
Dipilih hantaran 50 mm²
4. PERTIMBANGAN PROTEKSI ARUS
Pada contoh nomor 3 untuk penampang 50 mm², dengan rugi
tegangan 2,3 Volt, dan arus beban 140 Ampere, sudah mencukupi .
Namun arus nominal proteksi arus terdekat adalah 160 Ampere (tidak
tersedia normalisasi 140 Ampere) maka diambil hantaran dengan
penampang lebih tinggi dari 160 Ampere yaitu dengan penampang 70
mm². Sehingga rugi tegangan menjadi :
∆ = L x I x 200
Exq x
=
20 x 140 x 200
115 x 70 x 56
= 1,24 %
5. SISTEM ARUS BOLAK - BALIK 3 FASA
5.1.
Bila diketahui besarnya arus I :
∆ = 1,73 x L x I x Cos  Volt
Xq
q = 1,73 x L x I x Cos  [mm²]
5.2.
Bila diketahui beban dalam watt
∆ = L x
U
[ Volt]
xqxE
q = L
x U
 x ∆ x E
mm²
Lanjutan 5.2.
Contoh -1 :
Berapa rugi tegangan suatu motor 3 fasa, beban 190 Ampere dihubungkan
dengan saluran 3 fasa, panjang 150 meter ukuran Cu 3 x 95 mm².
I
= 190 Ampere
Cos  = 0,88
E
= 220 Volt (fasa - fasa)
∆
= 1,73 x L x I xCos = 8,15 Volt
xq
Atau
= 8,15 x 100 % = 3,7 %
220
Contoh 2 :
Saluran arus bolak-balik 3 fasa panjang 80 meter tersambung 20 lampu X 100
watt, beban terbagi rata pada ke tiga fasa, tegangan pelayanan 190 Volt fasafasa.
= jika rugi tegangan dibatasi 2 % ( 3,8 Volt)
Berapa penampang saluran
q = L x
U
80 x 2000 mm² = 3,86 mm2
x∆VxE
56 x 3,8 x 190
Jadi kawat dengan penampang 4 mm² yang dipilih.
Lanjutan 5.2.
Contoh 3 :
Suatu motor 3 fasa daya 10 PK harus dipotong dan disambung
dengan kabel tanah , panjang kabel 112 meter, E = 220 Volt
fasa-fasa, kerugian tegangan yang diperbolehkan 5 atau 11
Volt.
Berapa ukuran kabel yang diperlukan?
I =
P
=
10 x 736
= 27,5 Ampere
3 x E x Cos 
3 x 220 x 0,85
q = 1,73 x 112 x 27,5 x 0,85 = 7,35 mm²
56 x 11
Jadi ukuran kabel 3 X 10 mm² yang dipakai
Dapat pula kita menggunakan rumus :
q = L x U
= 112 x (10 x 736) = 7,26 mm²
 x ∆ x E
56 x 11 x 220
Jika di ketahui daya guna (rendemen) motor 0,83 maka :
q = 112 x (10 x 736)
= 7,35 mm²
50 x 11 x 220 x 0,83
6. FAKTOR INDUKSI & RUGI TEGANGAN
Pada uraian sebelumnya telah kita jelaskan bahwa untuk jaring diatas tanah harus
diperhatikan adanya faktor induksi.
Kerugian ini penting untuk diperhatikan, dari tabel dibawah ini dapat dibaca dengan
faktor berapa suatu hasil perhitungan dari suatu saluran masih harus dikalikan.
Besarnya faktor perkalian sangat bergantung atas jarak penghantar.
Penam
pang
saluran
Cos  : 0,9
Cos  : 0,8
Cos  : 0,7
Cos  : 0,6
Jarak antar saluran (cm)
40
50
60
40
50
60
40
50
60
40
50
60
10
1,1
1,1
1,1
1,15
1,16
1,16
1,2
1,21
1,22
1,27
1,28
1,29
16
1,15
1,16
1,16
1,23
1,24
1,25
1,32
1,34
1,34
1,41
1,43
1,44
25
1,22
1,23
1,24
1,34
1,36
1,37
1,47
1,49
1,5
1,61
1,63
1,65
35
1,3
1,31
1,32
1,47
1,48
1,5
1,63
1,66
1,68
1,83
1,86
1,89
50
1,41
1,43
1,43
1,64
1,67
1,7
1,87
1,91
1,94
2,54
2,19
2,24
70
1,56
1,59
1,59
1,86
1,9
1,94
2,17
2,23
2,28
2,14
2,62
2,68
Lanjutan 6.
Contoh 4.
Pada ujung saluran udara 3 fasa tersambung beban 4000
watt :
E = 220 Volt (fasa – fasa)
Cos  = 0,9
d = 40 cm
L = 280 m
q = 35 mm2
Dari tabel untuk penampang 35 mm2, cos  = 0,9 dan d
= 40 cm harus
menggunakan faktor kali 1,3, maka rugi
tegangan menjadi : X 1,3 volt
∆V=L x
N
 x q x E X 1,3 volt = 3,8 volt.
= 280 x 4000
56 x 35 x 220
7. MASALAH DISTRIBUSI PERLETAKAN BEBAN
Untuk saluran dengan besar penampang sama, jumlah total daya beban dapat
dipermudah dengan menjumlahkan secara aljabar dan menghitung pada jarak
dari titik suplai sama dengan seolah-olah saluran dengan satu beban
tersambung di ujung. Besarnya cos  tiap beban sama.
7.1. Beban terpusat di ujung saluran.
Panjang saluran L
= panjang saluran.
Besar beban
= besar beban tersambung di ujung
Faktor L
= 1
7.2. Beban tersebar merata
Besar beban
= Jumlah total daya beban
Faktor L
= ½
Panjang saluran dihitung = ½ L
7.3. Beban berat ke ujung saluran
Besar beban
= jumlah total daya
Faktor L
= 2/3
Panjang saluran dihitung = 2/3 x L
7.4. Beban berat ke pangkal saluran :
Besar beban
= jumlah total daya
Faktor L
= 1/3
Panjang saluran dihitung = 1/3 x L
8. METODE MOMEN LISTRIK
8.1. Metode ini dipakai pada sistem 3 fasa dengan besarnya cos  sama dan
penampang saluran sama.
8.2. Perhitungannya merupakan metode pendekatan namun kekurangannya
dapat dikompensasi dengan standarisasi parameter (penampang saluran,
rugi tegangan)
- Terminologi
Tanda-tanda yang dipakai adalah :
Sistem TR
P = daya aktif
U = Tegangan pelayanan
R = Tahanan penghantar
X = Reaktansi penghantar
L = Panjang penghantar
 = Beda fasa
Jarak tegangan relatif
Pada TR = ∆U = r + tg  x P x L x 10 5 (%)
U
U²
Kw
V
 / km
 / km
km
9. MOMEN LISTRIK
9.1. Beban listrik P (kw) berjarak L dari titik pasok (sumber)
Hasil kali M = P x L disebut momen listrik.
9.2. Momen listrik dari suatu hantaran yang menyebabkan jatuh
tegangan 1 %
adalah:
M=
1 .
105
x
U2
[kw . Km]
r + x tan 
10. GRAFIK MOMEN LISTRIK
r pada 20 C untuk BCC
r pada 50 C untuk twisted cable
x = 0,35  / km untuk BCC
x = 0,1  / km untuk twisted cable atau kabel tanah
cos  = 0,95 s/d 0,7
Pada grafik dapat dibaca moment listrik [kw.km] untuk berbagai penampang
kabel twisted dan cos  untuk jatuh tegangan 1 % pada tegangan antar fasa
400 volt.
Contoh 1 :
Beban 3 fasa, 30 kw, cos  = 0,8, E = 4000 volt, L = 500 meter
Berapa ukuran kabel untuk ∆ U = 6 %.
M = P.L = 30 x 0,5 = 15 kW.km
M1 = M/D = 15/6 = 2,5 kW.km
Garis mendatar 2,5 kW memotong garis faktor daya 0,8 dalam batas kabel
70 mm2 → dipakai kabel twisted ukuran 70 mm2
Pada kenyataan grafik ML untuk penampang 70 mm2 pada faktor daya 0,8 =
2,6
Jadi jatuh tegangan = 15/2,6 = 5,77 %
Lanjutan 10.
Contoh 2 :
Sebuah pabrik berjarak 600meter dari gardu distribusi dipasok dengan saluran
kabel twisted 50 mm2 daya kebutuhan 30 kW cos  = 0,8
Berapa rugi tegangan ?
ML = 30 x 0,6 = 18 kW.km
Pada grafik ML untuk penampang 50 mm2 pada cos  0,8 = 1,81 kW.
Jadi ∆U = ML/ML1% = 18/1,18 = 10 %
Contoh 3
Penyulang A memakai kabel twisted 50 mm2 memasok dua beban P1 dan P2
Jarak Gardu ke P1 = 100 meter ; P1 = 20 kw, cos  0,8
Jarak P1 ke P2 = 300 meter ; P2 = 15 kw, cos  0,9
Berapa jatug tegangan total ?
MLP1 = 20 x 0,1 = 2 kW.km ; MLP1 = 1,5, cos  0,8
MLP2 = 15 x (0,3 + 0,1) = 6 kW.km ; MLP2 = 1,86, cos  0,9
∆U = 2/1,81 + 6/1,86 = 4,3 %.