Click here to load reader

AnalisisAnalisis Keadaan MantapKeadaan MantapKeadaan ... · PDF fileBuku ini berisi analisis rangkaian piranti-piranti dalam sistem tenaga listrik yang berada ... sistem per-unit;

  • View
    238

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of AnalisisAnalisis Keadaan MantapKeadaan MantapKeadaan ... · PDF fileBuku ini berisi analisis...

ii

Rangkaian Rangkaian Rangkaian Rangkaian

Sudaryatno Sudirham

Darpublic

Rangkaian Rangkaian Rangkaian Rangkaian SiSiSiSistemstemstemstem TenagaTenagaTenagaTenaga AnalisisAnalisisAnalisisAnalisis Keadaan MantapKeadaan MantapKeadaan MantapKeadaan Mantap

i

Analisis Keadaan Mantap

Rangkaian Sistem Tenaga

oleh

Sudaryatno Sudirham

ii

Hak cipta pada penulis, 2011

SUDIRHAM, SUDARYATNO

Analisis Rangkaian Sistem Tenaga

Oleh Sudaryatmo Sudirham

Darpublic, Bandung

arst-711

edisi Juli 2011

http://www.ee-cafe.org

Alamat pos: Kanayakan D-30, Bandung, 40135.

Fax: (62) (22) 2534117

iii

Daftar Isi

Daftar Isi iii

Pengantar v

Bab 1: Rangkaian Magnetik 1

Hukum-Hukum. Perhitungan Pada Rangkaian Magnetik.

Rugi-Rugi dalam Rangkaian Magnetik. Gaya Magnetik.

Induktor.

Bab 2: Transformator 25

Transformator Satu Fasa. Teori Operasi Transformator.

Diagram Fasor. Rangkaian Ekivalen. Impedansi Masukan.

Penentuan Parameter Transformator. Efisiensi dan Regulasi

Tegangan. Konstruksi Transformator. Transformator Pada

Sistem Tiga Fasa.

Bab 3: Mesin Sikron 45

Mesin Kutub Menonjol. Mesin Sinkron Rotor Silindris.

Rangkaian Ekivalen

Bab 4: Motor Asinkron 65 Konstruksi Dan Cara Kerja. Rangkaian Ekivalen.

Penentuan Parameter Rangkaian. Torka.

Bab 5: Pembebanan Seimbang Sistem Polifasa 85

Sumber Tiga Fasa Seimbang dan Sambungan ke Beban.

Daya Pada Sistem Tiga Fasa Seimbang. Model Satu Fasa

Sistem Tiga Fasa Seimbang. Sistem Enam Fasa Seimbang.

Bab 6: Pembebanan Nonlinier (Analisis di Kawasan Waktu) 99

Sinyal Nonsinus. Elemen Linier Dengan Sinyal Nonsinus.

Daya Pada Sinyal Nonsinus. Resonansi. Pembebanan

Nonlinier Dilihat Dari Sisi Beban. Pembebenan Nonlinier

Dilihat Dari Sisi Sumber. Kasus Penyearah Setengah

Gelombang. Perambatan Harmonisa. Ukuran distorsi

Harmonisa.

Bab 7: Pembebanan Nonlinier (Analisis di Kawasan Fasor) 131

Pernyataan Sinyal Sinus Dalam Fasor. Impedansi. Nilai

Efektif. Sumber Tegangan Sinus Dengan Beban Nonlinier.

Contoh-contoh Perhitrungan. Transfer Daya. Kompensasi

Daya Reaktif.

iv Sudaryatno Sudirham, Analisis Rangkaian Sistem Tenaga

Bab 8: Pembebanan Nonlinier Sistem Tiga Fasa dan Dampak

Pada Piranti 163

Komponen Harmonisa Pada Sistem Tiga Fasa. Relasi

Tegangan Fasa-Fasa dan Fasa-Netral. Hubungan Sumber

dan Beban. Sumber Bekerja Paralel. Penyaluran Energi ke

Beban. Rangkaian Ekivalen Untuk Analisis. Dampak

Harmonisa Pada Piranti.

Bab 9: Pembebanan Tak Seimbang 199

Pernyataan Komponen Simetris. Mencari Komponen

Simetris. Impedansi dan Rangkaian Urutan. Daya Pada

Sistem Tak Seimbang. Sistem Per-Unit. Sistem Tiga Fasa

Dalam Per-Unit.

Bab 10: Saluran Transmisi 215

Resistansi. Induktansi. Impedansi dan Transposisi.

Admitansi dan Transposisi.

Bab 11: Rangkaian Ekivalen 241

Persamaan Saluran Transmisi. Rangkaian Ekivalen . Rangkaian Ekivalen Pendekatan. Kinerja saluran Transmisi.

Pembebanan Saluran Transmisi. Batas Thermal. Tegangan

dan Arus di Ujung Kirim. Pembebanan Maksimum.

Diagram Lingkaran.

Pustaka 267

Indeks 269

Biodata 271

v

Pengantar

Buku ini berisi analisis rangkaian piranti-piranti dalam sistem tenaga

listrik yang berada dalam keadaan mantap, dengan pembebanan

seimbang, non-linier, maupun pembebanan tak-seimbang. Pembahasan

akan diawali dengan analisis rangkaian magnetik yang menjadi dasar

dibangunnya mesin-mesin konversi energi elektrik. Analisis rangkaian

magnetik ini disusul dengan pengenalan pada mesin-mesin konversi

energi mencakup transformator, mesin sinkron, dan mesin asinkron.

Setelah mesin-mesin konversi, pembahasan dilanjutkan dengan sistem

banyak-fasa dengan pembebanan seimbang. Masih dalam keadaan

seimbang, pembahasan berikutnya adalah mengenai pembebanan

nonlinier; pokok bahasan pembebanan nonlinier mencakup tinjauan di

kawasan waktu, tinjauan di kawasan fasor pada sistem satu fasa dan tiga

fasa, serta dampak harmonisa pada piranti. Pembahasan berikutnya

adalah mengenai pembebanan tak-seimbang yang diawali dengan

bahasan tentang komponen simetris, rangkaian urutan, serta penggunaan

sistem per-unit; selanjutnya adalah bahasan mengenai saluran transmisi

yang mencakup parameter saluran transmisi seperti impedansi,

admitansi, impedansi karakteristik, disusul dengan persamaan saluran

transmisi, rangkaian ekivalen dan pembebanan saluran transmisi.

Mudah-mudahan sajian ini bermanfaat bagi para pembaca. Saran dan

usulan para pembaca untuk perbaikan dalam publikasi selanjutnya, sangat

penulis harapkan.

Bandung, 26 Juli 2011.

Wassalam,

Penulis.

vi Sudaryatno Sudirham, Analisis Rangkaian Sistem Tenaga

>

A. Schopenhauer, 1788 1860

dari

Mini-Encyclopdie, France Loisirs

ISBN 2-7242-1551-6

1

BAB 1

Rangkaian Magnetik Rangkaian magnetik merupakan basis dari sebagian terbesar peralatan

listrik di industri maupun rumah tangga. Motor dan generator dari yang

bekemampuan kecil sampai sangat besar, berbasis pada medan magnetik

yang memungkinkan terjadinya konversi energi listrik. Di bab ini kita

akan melihat hukum-hukum dasar, perhitungan dalam rangkaian

magnetik, rugi-rugi dan gaya magnetik, induktor dan induktansi bersama.

Seperti halnya analisis rangkaian listrik yang dilandasi oleh beberapa

hukum saja, yaitu hukum Ohm dan Hukum Kirchhoff, analisis rangkaian

magnetik juga dilandasi oleh hanya beberapa hukum saja, yaitu hukum

Faraday dan hukum Ampre. Pembahasan kita akan diawali oleh kedua

hukum tersebut dan setelah itu kita akan melihat rangkaian magnetik,

yang sudah barang tentu melibatkan material magnetik. Walaupun

demikian, kita tidak akan membahas mengenai material magnetik itu

sendiri, melainkan hanya akan melihat pada hal-hal yang kita perlukan

dalam kaitannya dengan pembahasan peralatan listrik. Kita juga hanya

akan melibatkan beberapa jenis material saja yang telah sejak lama

digunakan walaupun material jenis baru telah dikembangkan.

1. 1. Hukum-Hukum

Hukum Faraday. Pada 1831 Faraday (1791-1867) menunjukkan bahwa

gejala listrik dapat dibangkitkan dari magnet. Dari kumpulan catatan

hasil percobaan yang dilakukan oleh Faraday, suatu formulasi matematis

telah diturunkan untuk menyatakan hukum Faraday, yaitu :

dt

de

= (1.1)

dengan e menunjukkan tegangan induksi [volt] pada suatu kumparan,

dan adalah fluksi lingkup yang dicakup oleh kumparan. Jika kumparan mempunyai lilitan dan setiap lilitan mencakup fluksi magnit sebesar [weber], maka fluksi lingkup adalah = [weber-lilitan] dan (1.1) menjadi

2 Sudaryatno Sudirham, Analisis Rangkaian Sistem Tenaga

dt

de

= (1.2)

Tanda negatif pada (1.1) diberikan oleh Emil Lenz, yang setelah

melanjutkan percobaan Faraday menunjukkan bahwa arah arus induksi

selalu sedemikian rupa sehingga terjadi perlawanan terhadap aksi yang

menimbulkannya. Reaksi demikian ini disebut hukum Lenz.

Hukum Ampre. Andr Marie Ampre (1775 1836), melakukan

percobaan yang terkenal dalam kaitan kemagnitan, yaitu mengenai

timbulnya gaya mekanis antara dua kawat paralel yang dialiri arus listrik.

Besar gaya F dinyatakan secara matematis sebagai

2

21 II

r

lF

= (1.3)

dengan I1 dan I2 adalah arus di masing-masing konduktor, l adalah

panjang konduktor, dan r menunjukkan jarak antara sumbu kedua

konduktor dan besaran merupakan besaran yang ditentukan oleh medium dimana kedua kawat tersebut berada.

Arus I2 dapat dipandang sebagai pembangkit suatu besaran medan magnit

di sekeliling kawat yang dialirinya, yang besarnya adalah

r

IB

2

2

= (1.4)

Hasil ini juga diamati oleh dua peneliti Perancis yaitu J.B. Biot dan F.

Savart. Dengan (4), maka (3) menjadi lebih sederhana yaitu

1BlIF = (1.5)

Persamaan (1.5) ini berlaku jika kedua kawat adalah sebidang. Jika

kawat ke-dua membentuk sudut dengan kawat pertama maka (1.5) menjadi

= sin1BlIF (1.6)

Secara umum (1.6) dapat ditulis

)( = fIBKF B (1.7)

dengan f() adalah suatu fungsi sudut antara medan B dan arus I , dan KB adalah suatu konstanta untuk memperhitungkan berbagai faktor, seperti

3

misalnya panjang kawat. Besaran B mempunyai satuan [weber/meter2];

hal ini dapat diturunkan sebagai berikut.

Menurut (1.5), satuan B adalah : ][][

][][

meteramp

newtonB

=

sedangkan ][

]detik[ ][ ][

][

]detik].[[][

meter

ampvolt

meter