materi teknik tenaga listrik

TEKNIK TENAGA LISTRIK[TTL]

Oleh :

Bagus Wiardi Pratama

Dimas Danang Bagus S.

Muhammad Charis

ENERGI LISTRIK

Energi yang mudah dikonversikan, dibangkitkan, didistribusikan dengan proses yang efisien, efektif, ekonomis dibanding dengan energi yang lain.

Energi listrik dibangkitkan oleh Pembangkit Listrik pada tegangan 6-20 KV dari pusat listrik tenaga uap, air, gas, diesel, panas bumi atau nuklir.

SISTEM TEGANGAN LISTRIK DI INDONESIA

ϟ Tegangan Ekstra Tinggi (TET)

≥500 KVϟ Tegangan Tinggi (TT)

30 KV, 70 KV, 275 KV, 380 KVϟ Tegangan Menengah (TM)

6 – 20 KVϟ Tegangan Rendah (TR)

220 V / 380 V, 110 V / 127 V

SISTEM TENAGA LISTRIK

Sistem Tenaga Listrik merupakan Sekumpulan Pusat Listrik dan Gardu Induk (Pusat Beban) yang satu sama lain dihubungkan oleh Jaringan Transmisi sehingga merupakan sebuah kesatuan yang saling terhubung

SUB SISTEM PADA SISTEM TENAGA LISTRIK

1. Sistem Pembangkit

Pembangkit tenaga listrik dengan generator dengan menggunakan perubahan dari berbagai macam energi dan sumbernya

2. Sistem Transmisi

Penyalur listrik dari Pembangkit ke Beban

3. Sistem Distribusi (Saluran Primer)

Mulai dari Transformator sampai pada Konsumen

ALUR DISTRIBUSI LISTRIK INDONESIA

TM TET TT TM

TR

GI :Gardu Induk GH :Gardu Hubung GD :Gardu Distribusi APP :Alat Pembatas/Pengukur

SKEMA DISTRIBUSI LISTRIK

PEMBANGKIT

BISNIS

INDUSTRI

RUMAH

PUBLIK

SOSIALTRAFO

DISTRIBUSI

20 kV

150 kV

TRAFO GI150/20 kV

TRAFO GI20/150 kV

220 V

Pembangkit Listrik Tenaga Air(PLTA)

Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) adalah salah satu pembangkit listrik yang memanfaatkan energi dari aliran air dalam jumlah debit tertentu dari sumber air (sungai, danau, atau waduk) untuk menggerakkan/memutar turbin yang kemudian menggerakkan generator sehingga menghasilkan listrik.

Ukuran Kapasitas pembangkit

energi listrik (MW)

Mikro < 0.1

Kecil 0.1 – 3.0

Besar > 3.0

Pembangkit Listrik Tenaga Uap(PLTU)

Pembangkit Listrik Tenaga Uap adalah salah satu pembangkit listrik yang memanfaatkan energi uap yang beruapa energi tekanan dan energi kecepatan yang dimiliki oleh fluida dalam bentuk gas/uap bertekanan tinggi untuk menggerakkan/memutar turbin yang kemudian menggerakkan/memutar generator sehingga menghasilkan listrik.

ALUR UAP PLTUUap Bertekanan tinggi yang dihasilkan Boiler digunakan memutar Turbin gas, Putaran turbin diteruskan ke Generator yang berfungsi merubah energi gerak dari turbin gas menjadi energi listrik.Uap dari turbin masuk kedalam Kondensor dan kemudian dipompa kembali menjadi uap ke Boiler.

GENERATOR

Alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanik dengan menggunakan induksi elektromagnetik.

LISTRIKMEKANIK GENERATOR

Tenaga mekanis: memutar kumparan

kawat penghantar dalam medan magnet ataupun

sebaliknya memutar magnet antara kumparan

kawat penghantar.

Tenaga listrik yang dihasilkan oleh generator

tersebut adalah arus searah (DC) atau arus

bolak-balik (AC), bergantung pada

konstruksi Generator itu.

GENERATOR DC(Arus Searah)

Generator DC merupakan sebuah perangkat mesin listrik dinamis yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik.

Generator DC menghasilkan arus DC atau Direct Current(arus searah).

JANGKAR GENERATOR DC

Pada dasarnya jangkar pada generator DC ada dua macam berdasarkan bentuk belitannya, yaitu :

1. Belitan Gelung (Jerat)

Dengan a = P

2. Belitan Gelombang

Dengan a = 2

a = Jumlah pararel JangkarP = Jumlah kutub magnet

PRINSIP KERJA

Prinsip kerja dari generator DC berdasarkan kaidah tangan kanan

KONSEP GENERATOR DC

PERSAMAAN Pada GENERATOR DC

KETERANGAN :Ea = GGL yang dibangkitkan (Volt)n = Banyak putaran jangkar (Rpm) = Fluks tiap kutup magnet (Weber/Maxwell)z = Jumlah Penghantar seluruh slot dalam jangkarP = Jumlah kutup magneta = Bentuk belitan jangkar

a = P (bentuk jerat/gelung), a = 2 (bentuk gelombang)

MACAM-MACAM GENERATOR DC

Ada banyak macam-macam dari generator DC, perbedaan terletak pada penguat dan rangkaian yang ada pada generator selain itu beberapa komponen yang ada di dalam generator juga menjadi hal pembeda pada masing-masing generator.

1. Generator DC Dengan Penguat TerpisahDiagram :

Vf = If Rf

Ea = VL + Ia Ra

Persamaan

2. Generator DC Dengan Penguat Sendiri

GENERATOR SERI

Diagram Arus Listrik

IL

RL

Is

Rs

IL

G

Ia

Ra

=

IL

IL

G

Ia

Ra

=

Rs RL

Is

Ea

VL VsV

Diagram Tegangan Listrik

DIAGRAM ARUS LISTRIK (DAL) dan DIAGRAM TEGANGAN LISTRIK (DTL)

PersamaanIa = IL = Is

VL = IL RL (tegangan beban)

Vs = Is Rs (rugi tegangan belitan)

Va = Ia Ra (rugi tegangan jangkar)

V = VL + Vs

V = Ea – Ia Ra – 2Vsi

VL + Vs= Ea – Ia Ra – 2Vsi

Ea = VL + Vs + Ia Ra + 2Vsi

Ea = VL + Is Rs + Ia Ra + 2Vsi

Ea = IL RL + Is Rs + Ia Ra + 2Vsi

Dimana:• Vsi = Rugi tegangan tiap

sikat• Rs = tahanan kutup

penguat magnet seri

ILIL

Diagram Arus Listrik

RL

IL

Is

Rs

G

Ia

Ra

=Rd

Id

Is

Rs

G

Ia

Ra

=

RL

Ea

V Vs VL

Vd

Id

Rd

Diagram Tegangan Listrik

IL

DIAGRAM ARUS LISTRIK (DAL) dan DIAGRAM TEGANGAN LISTRIK (DTL)

GENERATOR DC SERIDENGAN

TAHANAN DIVENTOR

Persamaan

Ia = IL + If

VL = IL.RL

Vf = If.Rf VL = Vf = V

V = Tegangan Terminal

V = Ea – Ia.Ra – 2Vsi

VL = Ea – Ia.Ra – 2Vsi

Ea = VL + Ia.Ra + 2Vsi

Ea = Vf + Ia.Ra + 2Vsi

RL

IL

G

Ia

Ra

=Rf

If

IL IL

If If

Diagram Arus Listrik

G

Ia

Ra

=

RL

Rf

If

IL

Vf

VLVEa

Diagram Tegangan Listrik

GENERATOR DC SHUNT

DIAGRAM ARUS LISTRIK (DAL) dan DIAGRAM TEGANGAN LISTRIK (DTL)

Persamaan

Vs = Vd

V = Tegangan Terminal

V = Ea – Ia.Ra – 2Vsi

VL+Vsd = Ea – Ia.Ra – 2Vsi

VL = Ea – Vsd – Ia.Ra - 2Vsi

VL = Ea – Isd.Rsd – Ia.Ra – 2Vsi

VL = Ea – (Isd.Rsd + Ia.Ra + 2Vsi)

RL

IL

G

Ia

Ra

=Rf

If

IL IL

Ih If

Diagram Arus Listrik

Ih

G

Ia

Ra

=

RL

Rf

If

IL

Vf

VLV

Ea

Diagram Tegangan Listrik

Rh

Ih

Vh

DIAGRAM ARUS LISTRIK (DAL) dan DIAGRAM TEGANGAN LISTRIK (DTL)

GENERATOR DC SHUNTRHEOSTAT (SERI)

Persamaan

Ia = IL = IfhIrh = If = Ih

Ia = IL + Irh

V = VL = Vf + Vh

V = Tegangan TerminalV = Ea – Ia.Ra – 2VsiVL = Ea – Ia.Ra – 2VsiVf + Vh = Ea – Ia.Ra – 2VsiEa = Vf + Vh + Ia.Ra – 2VsiEa = If.Rf + Ih.Rh + Ia.Ra + 2Vsi

GENERATOR DC KOMPON

Generator DC Kompon merupakan perpaduan antara Generator DC Seri dan

Generator DC Shunt, baik dari segi Rangkaian, sifat yang dimiliki oleh Generator DC Kompon merupakan

perpaduan antara kedua Generator DC

GENERATOR DC KOMPON PANJANG

RL

IL

G

Ia

Ra

=Rf

If

IL IL

If If

Diagram Arus Listrik

Is

Rs

G

Ia

Ra

=

RL

Rf

If

IL

Vf

VL

VEa

Diagram Tegangan Listrik

Is

Rs

Vs

DIAGRAM ARUS LISTRIK (DAL) dan DIAGRAM TEGANGAN LISTRIK (DTL)

PersamaanIa = Is =IL + If

VL = Vf

V = VL + Vs

Vf = If Rf ; VL = IL

; Vs = Is RsV = Ea – Ia Ra – 2Vsi

Ea = V + Ia Ra + 2Vsi

Ea = (VL + Vs) + Ia Ra + 2Vsi

Ea = (Vf + Vs) + Ia Ra + 2Vsi

Ea = If Rf+Is Rs + Ia Ra + 2Vsi

GENERATOR DC KOMPON PENDEK

RL

IL

G

Ia

Ra

=

Rf

If

IL

If

If

Diagram Arus Listrik

Is

Rs

G

Ia

Ra

=

RL

Rf

If

IL

Vf

VLV

Ea

Diagram Tegangan Listrik

Is

Rs

Vs

DIAGRAM ARUS LISTRIK (DAL) dan DIAGRAM TEGANGAN LISTRIK (DTL)

PersamaanIa =IL + If IL = Is

Ia = Is + If

V = Vf= VL + Vs

Vf = If Rf ; VL = IL RL

; Vs = Is Rs

V = Ea – Ia Ra – 2VsiEa = V + Ia Ra + 2VsiEa = Vf + Ia Ra + 2VsiEa = (VL + Vs) + Ia Ra + 2VsiEa = ILRL +Is Rs + Ia Ra + 2Vsi IL = Is

Ea = IL(RL +Rs) + Ia Ra + 2Vsi

Ea = Is(RL +Rs) + Ia Ra + 2Vsi

DIAGRAM DAYADAN

EFISIENSI

A

C

B

D

E

F

Pem

Ia

P n

P in A = Rugi putaran tanpa bebanB = Rugi bebanC = Ia

2 Ra(Rugi daya kumparan angker/ jangkar)

D = Ia 2Vsi (Rugi daya kontak sikat)E = Is

2Rs (Rugi daya kumparan seri)F = If

2Rf (Rugi daya kumparan shunt)Pin = Daya input (mekanik)Pem = Daya elektromagnetik/ daya yang

dibangkitkanPb = Rugi besi dan gesekanPcu = Rugi tembagaPn = Daya input

PersamaanPcu = C + D + E + F Generator DC Kompon

Pcu = Ia2 Ra + Ia 2Vsi + Is

2Rs + If2Rf

Pcu = C + D + E Generator DC Seri

Pcu = Ia2 Ra + Ia 2Vsi + Is

2Rs

Pcu = C + D + F Generator DC Shunt

Pcu = Ia2 Ra + Ia 2Vsi + If

2RfV Ia = Pem – (C + D)Pb = A + BPb = P in – Pem

Pin = Pem + Pb

Pem = Pn – PcuPcu = Pem – Pn

Pn = IL VL

Note :

Apabila Generator Seri maka diagram daya dan efisiensi hanya ABCDE

Apabila Generator Shunt maka diagram daya dan efisiensi ABCDF

= efisiensi/rendemen generator

= efisiensi/rendemen listrik

= efisiensi/rendemen bruto

TORSI JANGKAR / ANGKERW (kerja) = F . Kell

W = F 2πr (1 kali putaran)

W = F 2πr n/60 .......Rps (Rotasi per detik)

W = F 2πr n .........Rpm (Rotasi per menit)

W = F.r 2πn/60 .........Rps

F r = Ta ........Nm (Torsi jangkar/angker)

2πn/60 = m ...........Rps (Kecepatan putar mekanik)

W = Tam

Kerja yang dilakukan tiap detik Pem (daya jangkar/daya elektromagnetik)

Torsi Jangkar Juga bisa dicari dengan berbagai satuan seperti :

1. Newton Meter

2. Kilogram Meter

3. Pound Feet

W = Pem = Ea

Ia

Konversi satuan:1 Nm = 0,737 lbft1 N = 0,102 kg

PERHITUNGANDENGAN BERBAGAI SATUAN

HUBUNGAN DAYA JANGKAR DENGAN TORSI JANGKAR

Karena:

Dimana: besaran = Daya jangkar dalam Horse Power (HP)

TORSI POROS (TORSI SUMBU)

Torsi poros adalah torsi yang diakibatkan oleh torsi jangkar (Tsh), sedangkan torsi jangkar (Ta) sendiri diakibatkan oleh daya output (Pn)BHP = Brake Horse Power (daya rem kuda)

Persamaan

Pin = Tshm

Torsi Poros juga bisa dicari dengan beberapa satuan :

MOTOR DC

Perangkat elektromagnetis yang dapat merubah energi listrik menjadi enekrgi gerak (mekanik). Kebalikan dari Generator

LISTRIK MEKANIKMOTOR DC

Motor DC memerlukan sebuah suplai listrik searah yang dialirkan ke kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Jika terjadi putaran pada jangkar dalam medan magnet maka akan terjadi tegangan (GGL) yang berubah-ubah arah pada setiap setengah putarannya sehingga menjadi tegangan bolak-balik.

PENAMPANG MOTOR DC

MOTOR DC

JANGKAR MOTOR DC

MOTOR DC SEDERHANA

PRINSIP KERJA

MEKANISME KERJA• Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya.• Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/loop, maka

kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.

• Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/torque untuk memutar kumparan.• Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga

putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan.

Pada motor DC, daerah kumparan medan yang dialiri arus listrikakan menghasilkan medan magnet yang melingkupi kumparan jangkardengan arah tertentu.

Apabila Generator DC menggunakan kaidah tangan kanan, maka Motor DC menggunakan kaidah tangan kiri

MACAM-MACAM MOTOR DC

Ada banyak macam-macam dari motor DC, perbedaan terletak pada penguat dan rangkaian yang ada pada motor selain itu beberapa komponen yang ada di dalam motor juga menjadi hal pembeda pada masing-masing jenis motor.

MOTOR DC TANPA PENGUAT MEDAN

Ia =I L

VL > Ea

VL = Ea + Ia Ra x Ia

VL Ia = Ea Ia + I2a Ra

Ea Ia = VL Ia - I2a Ra

Ea Ia = VL IL - I2a Ra

Pm = Pin - I2a Ra Pm = Ea Ia ; Pin = VL IL

VL

n ILIL

Ia

Ra

DIAGRAM

KETERANGAN

VL = Tegangan Jepit

Ia = Arus Listrik pada nelitan jangkar / Angker

I L = Arus LuarRa= Tahanan belitan jangkarRL= Tahanan luarPin= Daya mekanik ⸗ Daya listrik yang timbul pada jangkar (KW)I2

a Ra= rugi daya pada belitan jangkarEa= GGL lawan yang dibangkitkan

Persamaan

Daya mekanik (Pm) akan maksimum pada:d Pm = 0d Pm Ea Ia = VL IL - I

2a Ra

Pm = VL IL - I2

a Ra

d (VL IL - I2

a Ra) = 0

d Pm

d (VL IL - I2

a Ra) = 0

VL-2 Ia Ra =0Ia Ra= VL

2VL = Ea + Ia Ra

Ea = VL - Ia Ra

Ea = VL - VL = VL

2 2

Pm max Ea= VL

2

MOTOR DC SERI

Pin = VL.IL

Ea = VL-Is.Rs-Ia.Ra-2Vsi

Ea.Ia = VL.Ia - Is2Rs- Ia2.Ra - Ia.2Vsi

Pcu = Ia2.Ra+Is2.Rs+Ia.2Vsi

MOTOR DC SHUNT

• Ea.Ia =.VL.IL - If2.Rf - Ia2Ra - Ia.2Vsi

• Pcu = If2.Rf + Ia2Ra + Ia.2Vsi

• IL = Ia+If

• Pin = VL.IL

• Vf = If.Rf

• Ea = VL.- Ia.Ra - 2Vsi

• VL = Vf = Ea + Ia.Ra + 2Vsi

MOTOR DC KOMPON PANJANG

• Il = Is+If

• Is = Ia• Pin = VL..IL

• Pm = Ea.Ia• Pm = Pin - Pcu•  • Ea.Ia =VL IL - Ia2.Ra - Is2.Rs - If2.Rf -

2Vsi.Ia

• Pm = Pin - Pcu

• Pcu = Ia2.Ra + Is2.Rs + If2.Rf + 2Vsi.Ia

• VL = Ea+Ia.Ra+2Vsi+Is.Rs

• Vf = If.Rf

• Vf = VL

• Ea = VL - Ia.Ra - Is.Rs - 2Vsi

MOTOR DC KOMPON PENDEK

• Ea.Ia = Pm• VL.IL = Pin

• Pcu = (Ia2Ra+2Vsi.Ia+Is2Rs+If

2.Rf)

• IL = Is = Ia+If

• Ia = IL - If

• Vf = If.Rf

• VL = Vf+Vs = Vf+Is.Rs

• Is.Rs = VL - Vf

• VL =Ea+Ia.Ra+2Vsi+Is.Rs

• Ea = VL - Ia.Ra - 2Vsi - Is.Rs

DIAGRAM DAYA DAN EFISIENSI MOTOR DC

• Pm = Pin – Pcu• Pn = Pm – Pb

• Efisiensi =>

A =rugi daya pada kumparan jangkar (Ia2.Ra)B = Rugi daya pada kontak sikat ((2Vsi.Ia)C = Rugi daya pada kumparan medan seri (Is2.Rs)D = Rugi daya pada kumparan medan shunt (If

2.Rf)E = Rugi daya hysterisisF = Rugi daya arus pusarG = Rugi daya anginH = Rugi daya sumbu motor

TORSI

Anologi dengan pada generator DC

Ta = torsi jangkar motor DC

Ea = ggl lawan motor DC

Ia = arus jangkar motor DC

n = putaran motor DC

Torsi Poros Motor DC

TERIMA KASIH