Koleksi Tugas Dasar Teknik Tenaga Listrik Sarjana Saya

Catatan

Ini merupakan kumpulan tugas-tugas S1 saya di mata kuliah Dasar Teknik Tenaga Listrik. Tugas ini tidak pernah dipublikasi dimanapun dan saya sebagai penulis dan pemegang hak cipta melisensi tugas ini customized CC-BY-SA dimana siapa saja boleh membagi, menyalin, mempublikasi ulang, dan menjualnya dengan syarat mencatumkan nama saya sebagai penulis dan memberitahu bahwa versi asli dan terbuka tersedia disini.

Proses Pengadaan Energi Listrik Secara Umum

Proses pengadaan energi listrik secara umum: Konversi(pembangkit) → Transmisi → Distribusi.

Konversi Listrik

Konversi dalam bidang tenaga listrik adalah konversi dari energi lain ke energi listrik. Konversi ini biasanya dipakai dalam menghasilkan listrik, penghasil listrik ini disebut pembangkit. Dengan kata lain sebagai produsen. Sebagai sumber energi listrik yang sudah resmi antara lain: PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air), PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap), PLTN (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir), PLTG (Pembangkit Listrik Tenaga Gas), PLTD (Pembangkit Listrik Tenaga Diesel) dan lain-lain. Pembangkit lain antara lain: Tenaga Surya, Tenaga Angin, Reaksi Kimia, Panas Bumi dan lain-lain.

Energi Nuklir dll → Converter Reaktor dll → Alternate → Transformator Step Up; Converter Reaktor dll → Generate

Transmisi Listrik

Transmisi listrik adalah proses pengiriman listrik. Pengiriman melewati jaringan listrik.

Transformator Step-Up → Jaringan Tegangan Tinggi → Transformator Step-Down → Jaringan Tegangan Menengah → Pabrik

Distribusi Listrik

Distribusi listrik adalah proses pembagian listrik kepada konsumen.

Jaringan Tegangan Menengah → Transformator Step-Down → Jaringan Tegangan Rendah → Konsumen

Grafik listrik DC (Direct Current), V(t) = 2 volt, V(0) = 0 volt

Grafik listrik AC (Alternating Current), V(t) = sin(wt)

Teori-Teori Dasar

Hukum Ohm

Hukum ohm: V=IR, V = tegangan (volt), I = arus (ampere), R = hambatan (ohm).

Inverter, Rectifier, UPS

Listrik AC (alternating current) menjadi DC, menggunakan rectifier. Listrik DC (direct current) menjadi AC, menggunakan inverter. Jika listrik tiba-tiba mati, maka dapat merusak komputer, hardware maupun software (data). Untuk mengantisipasi hal ini, dibikin UPS. UPS mengalirkan listrik AC ke komputer sekaligus menyimpan listrik dalam bentuk DC. Jika listrik tiba-tiba mati, maka komputer akan menggunakan listrik simpanan UPS, setidaknya memberi waktu untuk menyimpan data dan mematikan komputer dengan aman.

Trafo (Transformator)

Transformator (trafo) adalah alat untuk mengubah tegangan. Trafo step-down menurunkan tegangan sedangan trafo step-up meningkatkan tegangan.

Contoh Trafo step-down DC, trafo step-up DC bila rangkaian dibalik. V_in = V₁+V₂ = I₁ R₁+I₃ R₂. I₁ = I₂+I₃. V_out = V₂ = V_in-V₁.

Trafo AC. V₁/V_{2 = N1/N2 = I2/I1.}

_{Magnetic Field}

_{Jika ada arus yang mengalir I ke arah dl (panjang) maka timbul kuat medan magnet H.}

_{dH = (IdI x aR)/(4πR²)(A/m), H = ∮(IdI x aR)/(4πR²)}

I = arus (A), dl = panjang, aR = vektor, R = panjang vektor.

Flux Medan Magnet

B = dΦ/ds = μH, Φ = ∮Bds

B = kerapatan flux medan magnet (weber/area), Φ=flux medan magnet (weber), ds = luar area (m2), H = kuat medan magnet (A/m)

Prinsip Kerja Generator Arus Searah

Prinsip kerja suatu generator arus searah berdasarkan hukum Faraday: e = -N dΦ/dt

Dimana, N: jumlah lilitan, Φ: fluksi magnet, e: Tegangan imbas, ggl(gaya gerak listrik).

Proses terbentuknya ggl pada sisi kumparan generator.

Tegangan yang dihasilkan adalah arus bolak-balik. Selanjutnya arus tersebut akan disearahkan oleh komutator.

Komutator berfungsi sebagai saklar. Komutator berupa cicin belah yang dipasang pada ujung jangkar. Bila jangkar berputar maka cincin akan berputar. Bila kumparan telah berputar setengah putaran, sikat akan menutup celah cincin sehingga tegangan menjadi nol. Karena cincin berputar terus, maka celah akan terbuka lagi dan timbul tegangan lagi. Bila perioda tegangan sama dengan perioda perputaran cincin, tegangan yang timbul adalah tegangan arus searah gelombang penuh.

Jenis-Jenis Generator Arus Searah Dilihat Dari Belitan Medannya

Generator DC penguatan terpisah. V_f = I_f R_f, E_a = V_t + I_a R_a

Generator Penguatan Sendiri

Seri. V_t = I_a R_a, E_a = I_a (R_a + R_f) + V_t + < V_si

Shunt. V_t = I_f R_f, E_a = I_a R_a + V_t + < V_si

Compound

Panjang. I_a = I_f1 = I_L + I_f2, E_a = V_t + I_a(R_a + R_f1) + < V_si

Pendek. I_a = I_f1 + I_f2 = I_L + I_f2, E_a = V_t + I_LR_f1 + I_aR_a + < V_si

Soal-Soal

1. Sebuah generator DC kompon panjang memberikan daya 300 kW pada tegangan terminal 600V. Resistansi medan parallel adalah 75 resistansi armature, resistansi brush adalah 0.03, resistansi komutasi belitan medan adalah 0.011 resistansi medan seri adalah 0.012, resistansi divertor adalah 0.036 Bila generator dibebani penuh hitunglah tegangan dan daya yang dihasilkan oleh beletan jangkar (armature)!

I_sh = 600V/75Ω = 8A, I = 300000W/600V = 500A, I_a = I_sh+I = 8A+500A = 508A

∆V_total = ∆V+∆V_a = I_a R+I_a R_a = I_a (R+R_a) = 508A(0.03Ω+0.02Ω) = 25.4V

emfV = V+∆V_total = 600V+20.4V = 625.4V

emfP = (emfV)(I_a) = (625.4V)(508A) = 317703.2W

2. Trafo 1ɸ diberikan supply 50 Hz step down 2200 V→250 V dengan luas 36 cm2 dan kerapatn fluks 6 wb/m2, carilah belitan primer dan sekunder.

Diketahui:

f = 50 Hz

E₁ = 2200 V

E₂ = 250 V

A = 0.0036 m²

B_m = 6 wb/m²

Ditanya:

N1 dan N2

Jawab

Φ_m = (Bm)(A)=(6 wb/m²)(0.0036 m²) = 0.0216 wb

E = (4.44)(f)(N)(Φ_m) = (4.44)(f)(N)(Bm)(A)

belitan primer = E₁/((4.44)(f)(Φ_m)) = 2200/((4.44)(50 Hz)(0.0216 wb)) = 458.79

belitan sekunder = E₂/((4.44)(f)(Φ_m)) = 250/((4.44)(50 Hz)(0.0216 wb)) = 52.135

3. Daya trafo 1ɸ adalah 25 KVI, belitan primer adalah 500, belitan sekunder adalah 50, belitan primer dihubungkan dengan tegangan 3000 V dengan frekuensi 50 Hz. Carilah arus beban pada belitan primer dan sekunder, emf sekunder dan fluks maksimal. (abaikan drop voltage)

Diketahui

P = 25 VI

N₁ = 500

N₂ = 50

E₁ = 3000 V

f = 50 Hz

Ditanya

I₁, I₂, E₂ dan Φ_m

Jawab

E = (4.44)(f)(N)(Φ_m) = (4.44)(f)(N)(Bm)(A)

Φ_m = (4.44)(f)(N₁)/E₁ = (4.44)(50 Hz)(500)/(3000 V) = 37 wb

E₂/E₁ = (4.44)(f)(N₂)(Φ_m)/(4.44)(f)(N₁)(Φ_m) = N₂/N₁

E₂=N₂/N₁ E₁ = 500/50 3000 V = 30000V

P=(V)(I)

I₁ = P/E₁ = (25 W)/(3000 V) = 8.3mA

I₂ = P/E₂ = (25 W)/(30000 V) = 0.83mA