sistem 1 fasa 3 kawat

RANGKAIAN LISTRIK
TIGA FASA
a
B
A
Zp
Z
p
b
Vbn
Van
n
N
Zp
Vcn
R
c
C
N
T
R
N
S
T
S
MENGAPA LISTRIK AC ?
• Transmisi listrik harus menggunakan tegangan
yang sangat tinggi agar rugi-rugi rendah
• Untuk distribusi dan pemakaian tegangan
diturunkan kembali menggunakan trafo. Trafo
bekerja untuk tegangan AC tidak bisa DC
MENGAPA TIGA FASA ?
• Daya sesaat yang dikirimkan ke beban akan
“melonjak tinggi”pada sistem 1 fasa. Pada
Sistem tiga fasa daya yang dikirimkan lebih
“stabil/ steady” (ingat mesin mobil dengan multi
silinder)
• Untuk mengirimkan daya yang sama, ukuran
konduktor/ kabel dan komponen lainnya lebih
kecil dibanding dengan menggunakan 1 fasa.
• Daya listrik yang dibangkitkan pada
pembangkit adalah fasa banyak dengan
frekuensi 50 Hz atau 60 Hz
LISTRIK DI INDONESIA
• Tegangan rms fasa = 220 V
• Tegangan fasa ke fasa (Line Voltage) = 380 V
• frekuensi 50 Hz
LISTRIK DI AMERIKA
• Tegangan rms fasa = 115 V
• frekuensi 60 Hz
SISTEM FASA TUNGGAL
TIGA KAWAT V V
I aA 
a
V1
a
V1
n
V2
•
•
A
Z1
n
InN
b
IbB
I bB 
Z1

1
Z1
Vbn
V
  1   I aA
Z1
Z1
N
Z1
V1
b
•
IaA
an
I nN  ( I aA  I bB )  0
B
Karena tidak ada arus, maka netral dapat dihilangkan dari rangkaian karena tidak
mempengaruhi KVL maupun KCL.
Apabila garis aA maupun aB bukan konduktor sempurna tetapi mempunyai
impedansi yang sama Z2,arus netral InN tetap 0
Bila beban tidak sama/ tidak seimbang, maka arus netral  0
Sistem 3 fasa wye-wye
Van  V p 0
a
b
Vbn
Van
Vbn
Van
n
Vbn  V p  120
n
Vcn  V p 120
Vcn
Vcn
c
•
•
Van  Vbn  Vcn  0
Masing masing fasa mempunyai magnitude rms yang sama dan mempunyai
perbedaan fasa 120o
Van dipilih secara sembarang sebagai fasor referensi. Urutan fasor tegangan pada
gambar di atas adalah positif (abc). Jika urutan dibalik menjadi acb, maka
urutannya adalah negatif. Urutan ini hanya masalah pe-labelan/ konvensi.
Sistem 3 fasa wye-wye
Vac
Vnb=-Vbn
Vcn
Vab
Van
Vna=-Van
Vnc=-Vcn
Vbn
Vbc
Vbc  3V p   90o
•
•
V ab  V an  V nb  V p 0  V p 60 o
1
3
Vab  V p  V p (  j
)
2
2
Vab  3V p (
3
1
j )
2
2
Vab  3V p 30o
Vca  3V p   210o
VL  3V p
Magnitude tegangan antar fasa (line voltage)
Tegangan fasa di Indonesia :
Vp = 220 V, maka tegangan antar fasa VL = 380 V
Sistem 3 fasa wye-wye seimbang
•
•
Wye-wye : Sumber dan beban terhubung dengan struktur wye (Y)
Seimbang/ balanced = Sumber mempunyai tegangan fasa yang sama dan beban tiap
fasa sama ZP
I aA 
a
B
A
Zp
Z
p
b
I bB
Vbn Van   120 o


 I aA   120 o
Zp
Zp
I cC
Vcn Van 120 o


 I aA 120 o
Zp
Zp
Vbn
Van
n
N
Zp
Vcn
c
V an
Zp
C
 I nN  I aA  I bB  I cC  0
•
•
Arus netral = 0
Arus saluran aA, bB dan cC adalah arus fasa Ip = IL
I aA  I L     I p   
I bB  I L     120 o  I p     120 o
I cC  I L     120 o  I p     120 o
Daya pada
Sistem 3 fasa wye-wye seimbang
a
B
A
Zp
Z
p
b
Vbn
Van
n
N
Zp
Vcn
•
C
c
Daya rata-rata pada masing-masing fasa
Pp  V p I p cos   I 2p Re( Z p )
•
Total daya yang dikirim ke beban :
P = 3 Pp
Pengiriman Daya
Sistem 1 fasa vs Sistem 3 fasa
•
SISTEM 1 FASA 3 KAWAT
Karena seimbang, maka InN = 0
Arus pada aN :
a
ZL
V0 o
A
I aN
Z1
n
ZN
V0 o
Daya yang dikirimkan pada aN :
N
Z1
b
ZL
V0 o

Z1  Z L
PaN  VaN I aN
V 2 cos 
cos  
Z1  Z L
Daya total yang dikirimkan adalah :
B
Beban
Ptotal  PaN  PbN  2 PaN
2V 2 cos 

Z1  Z L
Pengiriman Daya
Sistem 1 fasa vs Sistem 3 fasa
•
SISTEM 3 FASA
Karena seimbang, maka In’N’ = 0
Arus pada aN :
V 0
o
a’
V  120o
b’
n
ZL
ZL
A’
B’
I a'N '
Z3
V0o

Z3  Z L
Daya yang dikirimkan pada a’N’ :
Z3
N’
Pa ' N '  Va ' N ' I a ' N '
ZN
V  120
c
Vbn
V 2 cos 
cos  
Z3  Z L
o
c’
ZL
C’
Daya total yang dikirimkan adalah :
Z3
Beban
Ptotal  Pa ' N '  Pb ' N '  Pc ' N '  3Pa ' N '
3V 2 cos 

Z3  Z L
Pengiriman Daya
Sistem 1 fasa vs Sistem 3 fasa
•
Untuk Tegangan, faktor daya dan daya yang dikirimkan sama antara sistem 1 fasa
dan sistem 3 fasa
Z3  Z L
Z1  Z L

3
2
Untuk daya yang dikirimkan sama, impedansi fasa untuk rangkaian 3
fasa Z3+ZL lebih besar daripada impedansi sistem satu fasa :
Karena tegangan yang digunakan sama, maka arus rms pada
sistem 1 fasa akan lebih besar daripada sistem 3 fasa
I aN
I a'N '
Rugi-rugi saluran total

V / Z1  Z L
V / Z3  Z L

3
2
Pengiriman Daya
Sistem 1 fasa vs Sistem 3 fasa
Rugi-rugi saluran total :
2
• Sistem satu fasa :
PL  2 I aN Re( Z L )
• Sistem tiga fasa :
PL '  3 I a ' N ' Re( Z L )
(*)
2
2
4
2
2
2
PL '  3  I aN Re( Z L )  I aN Re( Z L )
3
3
Dengan membandingkan (*) dan (**), didapat :
(**)
3
PL    PL '
2
Dengan tegangan, faktor daya dan daya yang dikirimkan sama, maka
sistem 3 fasa lebih efisien dibanding sistem 1 fasa karena rugi-rugi saluran
lebih kecil.
Hubungan Delta ()
a
b
a
A
Zp
B
Zp
A
b
B
Zp
Z
p
Zp
Zp
c
C
c
C
Salah satu cara menhubungkan beban 3 fasa seimbang.
Sistem 3 kawat, tidak ada netral
Sumber tegangan juga bisa dihubungkan secara delta, tetapi jarang dilakukan
Sumber jarang dihubungkan secara  karena jika sumber tidak seimbang
secara sempurna akan menimbulkan arus yang berputar sepanjang
hubungan  yang akan menyebabkan panas pada generator.
Bentuk hubungan : Y - ,  - 
Hubungan Delta ()
Keuntungan hubungan delta :
•
•
Beban dapat secara langsung diambil atau ditambahkan karena beban
langsung terhubung ke tegangan (Kalau pada bentuk Y salah satunya
terhubung ke netral)
Arus fasa pada hubungan  lebih kecil dibanding hubungan Y untuk
daya yang sama.
Tegangan fasa  lebih tinggi daripada hubungan Y,
memerlukan isnsulasi lebih baik daripada hubungan Y.