Distribusi Arus Listrik

Daya listrik yang didistribusikan oleh PLN bersumber dari suatu pembangkit listrik. Proses penyaluran daya listrik dari pembangkit hingga ke pelanggan melalui beberapa tahap, yaitu:

1.          Menaikkan tegangan keluaran pembangkit untuk ditransmisikan

2.          Mentransmisikan daya listrik

3.          Menurunkan tegangan transmisi untuk didistribusikan dan

4.          Mendistribusikan daya listrik ke pelanggan.

Saat ini terdapat berbagai macam pembangkit listrik yang dibedakan berdasarkan sumber tenaga pembangkitnya, seperti PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air), PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap), PLTN (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir) dan lain sebagainya. Namun di Indonesia khususnya di Jawa Tengah, sampai saat ini baru tersedia dua jenis pembangkit yaitu PLTA dan PLTU.

Pada PLTA daya listrik dihasilkan oleh generator yang digerakkan oleh turbin, dimana turbin digerakkan dengan tenaga air. Sedangkan pada PLTU daya listrik dihasilkan oleh generator yang digerakkan oleh turbin yang ditenagai uap. Daya listrik yang dihasilkan PLTU jauh lebih besar dari daya listrik yang dihasilkan PLTA. Pada PLTU dapat dihasilkan daya listrik hingga 400-600 megawatt (MW), sedangkan di PLTA hanya sebesar 5 MW.

Baik pada PLTA maupun PLTU keduanya menghasilkan arus listrik bolak-balik atau AC (alternating current) dengan 3 fase yang dikenal dengan fase R, fase S dan fase T. Antara masing-masing fase ada beda 120^o. Agar arus listrik dapat mengalir, selain ketiga fase R, S dan T diperlukan pula fase netral yang sering disebut ground, nol atau netral saja.

Beda potensial keluaran dari pembangkit yakni sebesar 11,5 KV. Jika beda potensial yang hanya sebesar 11,5 KV langsung ditransmisikan, daya yang dihasilkan pembangkit akan berkurang bahkan hilang di sepanjang jaringan transmisi. Supaya tidak kehilangan daya, maka voltase pada jaringan transmisi harus jauh lebih besar dari voltase keluaran pembangkit. Hal ini dapat ditinjau menggunakan 2 persamaan :

P=V.I             V=I.R

Dimana :  P adalah daya dalam watt

                            V adalah beda potensial dalam volt

                             I adalah kuat arus dalam ampere dan

                             R adalah hambatan dalam ohm

Dari persamaan I = V / R terlihat bahwa nilai V akan berbanding lurus dengan nilai I, dengan kata lain semakin besar tegangan transmisi, akan semakin besar arus yang mengalir dalam jaringan transmisi. Dan jika ditinjau dari persamaan P = V . I  jika arus dan tegangan semakin besar, semakin besar pula daya yang dihasilkan (tidak terjadi penurunan daya).

Dengan tegangan yang lebih tinggi akan dihasilkan arus yang lebih rendah, jika arus yang mengalir rendah maka hanya dibutuhkan konduktor (kabel) yang lebih kecil untuk mengalirkan arus, kabel yang lebih kecil, relatif lebih murah.

Dengan berbagai pertimbangan di atas, maka tegangan di pembangkit terlebih dahulu dinaikkan menggunakan transformator (trafo step up). Transformator atau lebih dikenal trafo merupakan alat untuk merubah tegangan. Untuk menaikkan tegangan digunakan trafo step up, sedangkan untuk menurunkan tegangan digunakan trafo step down. Tegangan keluaran pembangkit yang semula sebesar 11,5 KV dinaikkan menggunakan trafo step up secara bertahap menjadi 500 KV.   

A---B---C---D 

Single line kenaikan tegangan dari pembangkit hingga SUTET

Keterangan :

A.    Pembangkit listrik

B.     Trafo step up = gardu induk, tegangan 11,5 KV dinaikkan menjadi 30 KV

C.     Trafo step up = gardu induk, tegangan 30 KV dinaikkan menjadi 150 KV

D.    Trafo step up = gardu induk, tegangan 150 KV dinaikkan menjadi 500 KV

Setelah tegangan dari pembangkit dinaikkan bertahap dari 11,5 KV hingga mencapai 500 KV, maka listrik sudah dapat ditransmisikan melalui jaringan jarak jauh yang akan saling terhubung (interkoneksi) pada setiap kota, khususnya di Pulau Jawa. Jaringan 500 KV ini sering disebut dengan SUTET yaitu Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi.

Saluran udara pada jaringan listrik memiliki isolasi udara yaitu setiap 1 KV = 1cm. Jadi pada SUTET yang bertegangan 500 KV, isolasi udaranya adalah 500cm (5meter). Maka jika ada rumah di bawah SUTET dengan tinggi tower SUTET (kabel paling bawah) lebih dari 15meter, secara logika sudah cukup aman dan tidak akan terkena induksi listrik.

Dengan pertimbangan isolasi udara, semakin besar tegangan listrik, maka harus semakin besar dan tinggi pula tower listrik. Hal ini bermaksud agar tidak terjadi saling induksi antar kabel fase, tidak terjadi hubungan pendek antara kabel fase dengan ground (kabel netral atau tower) dan supaya listrik tidak menginduksi benda-benda disekitar tower.

Jaringan SUTET sebesar 500 KV tentu saja tidak bisa digunakan langsung oleh pelanggan. Maka tegangan 500 KV perlu diturunkan lagi secara bertahap supaya nantinya dapat digunakan pelanggan.

                      A---B---C

Single line penurunan tegangan dari SUTET sampai ke pelanggan

Keterangan :

A.    Trafo step down = gardu induk, tegangan 500 KV diturunkan menjadi 150 KV

B.     Trafo step down = gardu induk, tegangan 150 KV diturunkan menjadi 20 KV untuk 3 fase dan 11,5 KV untuk 1 fase

C.     Trafo step down = trafo distribusi, tegangan 20 KV diturunkan menjadi 380V untuk 3 fase dan 220V untuk 1 fase

Jaringan SUTET dengan tegangan sebesar 500 KV diturunkan menggunakan trafo step down di Gardu Induk (GI) menjadi 150 KV yang sering disebut jaringan SUTT (Saluran Udara Tegangan Tinggi). SUTT 150 KV diturunkan lagi menggunakan trafo step down di GI menjadi jaringan 20 KV untuk 3 fase dan 11,5 KV untuk 1 fase dimana jaringan ini sering disebut JTM (Jaringan Tegangan Menengah).

JTM 20 KV diturunkan lagi menggunakan trafo step down yaitu trafo-trafo distribusi di sepanjang JTM menjadi jaringan 380V untuk 3 fase dan 220V untuk 1 fase dimana jaringan ini sering disebut JTR (Jaringan Tegangan Rendah). Listrik 220v inilah yang kita gunakan di rumah.

 sumber:www.google.com

Teorema Thevenin dan Norton

Strategi yang umum digunakan dalam menganalisis rangkaian listrik adalah melakukan penyederhanaan rangkaian seminimal mungkin. Dalam hal ini, bagaimana caranya agar mendapatkan sub-rangkaian paling sederhana di mana paling sedikit elemennya tanpa mengubah besarnya arus dan tegangan di luar rangkaian.

Rangkaian ekivalen seri dan paralel untuk hambatan, sumber arus, dan sumber tegangan akan dikombinasikan menjadi suatu rangkaian ekivalen yang disebut sebagai bentuk Thevenin dan Norton. Metoda ini sering digunakan untuk menyederhanakan rangkaian sehingga mempermudah dalam menganalisis rangkaian listrik. Secara prinsip metoda ini merupakan kombinasi dari hukum Ohm (I = ^V/_R) dan hukum Kirchoff (KVL dan KCL).

Perhatikan pasangan dari rangkaian dua-terminal yang ditunjukkan pada Gb. 1.1 di atas. Dengan menerapkan Kirchoff Voltage Law (KVL) pada rangkaian (a), akan didapat persamaan,

v = – R_T i + v_T                                                             (1.1)

Sedangkan dengan menerapkan Kirchoff Current Law (KCL) pada rangkaian (b), didapatkan persamaan,

i_N = i + v/R_N                                                                                     (1.2)

Penyelesaian persamaan (1.2) dengan cara substitusi untuk mendapatkan variabel dari v, maka di dapat persamaan,

v = – R_N i + R_N i_N                                                                          (1.3)

Jika dibandingkan antara persamaan (1.1) pada rangkaian (a) dengan persamaan (1.3) pada rangkaian (b), maka terlihat suatu persamaan yang identik. Dengan demikian, kedua rangkaian tersebut ekivalen bilamana,

R_T = R_N                       dan                  v_T = R_N i_N                                (1.4)

Rangkaian pada Gb. 1.1 (a) disebut bentuk Thevenin, yaitu rangkaian kombinasi seri antara sumber tegangan ekivalen Thevenin v_T dengan hambatan ekivalen Thevenin R_T. Sedangkan rangkaian pada Gb. 1.1 (b) disebut bentuk Norton, yaitu rangkaian kombinasi paralel antara sumber arus ekivalen Norton i_N dengan hambatan ekivalen Norton R_N.

Dari bahasan di atas, dapat disimpulkan bahwa kita dapat mengganti bentuk Thevenin menjadi bentuk Norton (atau sebaliknya) sebelum kita menghitung besarnya arus dan tegangan yang akan ditentukan atau diselesaikan. Contoh berikut akan memperjelas keuntungan dalam menggunakan teorema Thevenin dan Norton ini.

Contoh 1.1. Tentukan i₁ pada Gb. 1.2.

Pertama, gantilah bentuk Norton pada sisi kanan garis terputus-putus dengan bentuk ekivalen Thevenin seperti pada Gb. 1.3 (a). Karena R_N = 4 Ω dan i_N = 1 A, maka agar menjadi ekivalen kita tentukan R_T = 4 Ω sedangkan v_T = (4) (1) = 4 V.

Kedua, sederhanakan kembali rangkaian (a) menjadi rangkaian (b). Karena rangkaian (a) adalah rangkaian loop tunggal sederhana yang terdiri dari kombinasi seri hambatan dan kombinasi seri sumber tegangan maka dengan mudah kita sederhanakan menjadi rangkaian (b), di mana R_seri = (2) + (4) = 6 Ω sedangkan v_seri = (16) + (– 4) = 12 V.

Ketiga, selesaikan i₁. Dari Gb. 1.3 (b), besarnya i₁ sangat mudah diselesaikan, di mana dengan menggunakan hukum Ohm, kita dapatkan  i₁ = ¹²/₆ = 2 A.

Contoh 1.2. Tentukan tegangan v₀ dari rangkaian Gb. 1.4.

Pertama, sederhanakan rangkaian dengan mengganti rangkaian di sisi kanan garis terputus-putus menjadi bentuk ekivalen Norton. Untuk pekerjaan ini, kita harus menentukan dulu i dan v. Dengan menerapkan KCL,

i₁ = (10) + (i) + (– 6) = i + 4

Dan menerapkan KVL,

v = (– 4i) + (– 8i₁) + (– 2i) + (16)

Kemudian kombinasikan kedua persamaan di atas dengan metoda substitusi, di mana mengganti i1 dengan i + 4, kita dapatkan persamaan,

v = – 14i – 16

Dengan demikian, dari persamaan kombinasi tersebut adalah bentuk ekivalen Thevenin, di mana R_T = 14 Ω dan v_T = – 16 V. Sehingga bentuk ekivalen Norton adalah R_N = R_T = 14 Ω sedangkan i_N = v_T/R_N = – 1.142 A. Rangkaian pengganti sederhana (kombinasi rangkaian kiri dan kanan garis terputus-putus) dalam bentuk ekivalen Norton ini ditunjukkan pada Gb. 1.5.

Kedua, selesaikan v₀. Dari Gb. 1.5, besarnya v₀ dengan mudah dapat diselesaikan, di mana dengan menerapkan KCL, maka (26) + (–1.142) = (v₀/2) + (v₀/14). Jadi, v₀ = 43.5 V.

Latihan 1.1. Perhatikanlah rangkaian pada Gb. 1.6 berikut :

Tentukan :

(a)    bentuk rangkaian ekivalen Thevenin pada sisi kanan garis cd;

(Jawaban: v_T = 6 V dan R_T = 1,5 kΩ)

(b)   bentuk rangkaian ekivalen Thevenin pada sisi kiri garis ab;

(Jawaban: v_T = 14 V dan R_T = 2 kΩ)

(c)    besarnya v₁.

(Jawaban: v₁ =  – 1 V)

 

 

 

source:http://tutorialteknik.blogspot.com