Tahana Listrik

Gerakan pembawa muatan dengan arah tertentu di bagian dalam suatu penghantar terhambat oleh terjadinya tumbukan dengan atom-atom (ion-ion atom) dari bahan penghantar tersebut. "Perlawanan" penghantar terhadap pelepasan arus inilah disebut sebagai tahanan (gambar 1.25).

Gambar 1.25     Gerakan elektron didalam penghantar logam

Satuan SI yang ditetapkan untuk tahanan listrik adalah Ohm.

Simbol formula untuk tahanan listrik adalah R

Simbol satuan untuk Ohm yaitu W (baca: Ohm). W adalah huruf Yunani Omega.

Satuan SI yang ditetapkan 1 W didefinisikan dengan aturan sbb. :

1 Ohm adalah sama dengan tahanan yang dengan perantaraan tegangan 1 V mengalir kuat arus sebesar 1 A.

Pembagian dan kelipatan satuan :

 

1 MW = 1 Megaohm  =  1000000 W  = 10⁶ W

1 kW  = 1 Kiloohm     =        1000 W  = 10³ W

1 mW = 1 Milliohm     =     1/1000 W  = 10^-3 W

5.1 Tahanan Jenis (Spesifikasi Tahanan)

Percobaan :
Penghantar bermacam-macam bahan (tembaga, alumunium, besi baja) dengan panjang dan luas penampang sama berturut-turut dihubung ke sumber tegangan melalui sebuah ampermeter dan masing-masing kuat arus (simpangan jarum) diperbandingkan.

Percobaan memperlihatkan bahwa besarnya arus listrik masing-masing bahan berlawanan dengan tahanannya. Tahanan ini tergantung pada susunan bagian dalam bahan yang bersangkutan (kerapatan atom dan jumlah elektron bebas) dan disebut sebagai tahanan jenis (spesifikasi tahanan).

Gambar 1.26

Perbandingan tahanan suatu penghantar:

a)Tembaga

b)Alumunium

c)Besi baja

Simbol formula untuk tahanan jenis adalah r (baca: rho). r adalah huruf abjad Yunani.

Untuk dapat membandingkan bermacam-macam bahan, perlu bertitik tolak pada kawat dengan panjang 1 m dan luas penampang 1 mm², dalam hal ini tahanan diukur pada suhu 20 ^OC.

Tahanan jenis suatu bahan penghantar menunjukkan bahwa angka yang tertera adalah sesuai dengan nilai tahanannya untuk panjang 1 m, luas penampang 1 mm² dan pada temperatur 20 ^OC
 Suatu tahanan jenis adalah

 

Sebagai contoh, besarnya tahanan jenis untuk :

            tembaga     r = 0,0178  W.mm²/m

            alumunium  r = 0,0278  W.mm²/m

            perak          r = 0,016  W.mm²/m

5.2 Tahanan Listrik Suatu Penghantar 

Gambar 1.27     Rangkaian arus dengan panjang penghantar berbeda

b) Luas penampang berbeda

Gambar 1.28     Rangkaian arus dengan luas penampang penghantar berbeda

c) Bahan penghantar berbeda

Gambar 1.29     Rangkaian arus dengan bahan penghantar berbeda

Dari percobaan diatas terlihat bahwa :

Tahanan listrik suatu penghantar R semakin besar,

a) jika penghantar l  semakin panjang

b) jika luas penampang A semakin kecil

c) jika tahanan jenis r semakin besar.

Ketergantungan tahanan terhadap panjang penghantar dapat dijelaskan disini, bahwa gerakan elektron didalam penghantar yang lebih panjang mendapat rintangan lebih kuat dibanding pada penghantar yang lebih pendek.

Dalam hal jumlah elektron-elektron yang bergerak dengan jumlah sama, maka pada penghantar dengan luas penampang lebih kecil terjadi tumbukan yang lebih banyak, berarti tahanannya bertambah.

Bahan dengan tahanan jenis lebih besar, maka jarak atomnya lebih kecil dan jumlah elektron-elektron bebasnya lebih sedikit, sehingga menghasilkan tahanan listrik yang lebih besar.

Ketergantungan tahanan listrik tersebut dapat diringkas dalam bentuk rumus sebagai berikut :

5.3.      Daya hantar dan hantar jenis

Suatu beban dengan tahanan yang kecil menghantarkan arus listrik dengan baik. Dikatakan : “dia memiliki daya hantar yang besar”.

Daya hantar yang besar sepadan dengan tahanan yang kecil dan sebaliknya daya hantar kecil sepadan dengan tahanan besar.

Daya hantar adalah kebalikan tahanan

Satuan SI yang ditetapkan untuk daya hantar adalah Siemens.

Simbol formula untuk daya hantar adalah  G.

Simbol satuan untuk Siemens adalah  S.

Satuan untuk hantar jenis adalah

Suatu bahan penghantar dengan tahanan jenis kecil menghantarkan arus listrik dengan baik, dia sanggup menghantarkan dengan sangat baik. Hal ini disebut sebagai besaran hantar jenis atau besaran spesifikasi daya hantar dari bahan.

Analog dengan daya hantar dapat ditetapkan disini :

Hantar jenis adalah kebalikan tahanan jenis

Motor Arus bolak-balik / AC

salam sejahtera, semoga anda sekalian dalam keadaan sehat selalu, karena materi postingan yang akan saya tampilkan ini menurut saya adalah pelajaran yang sangat penting untuk dipelajari...

yaitu mengenai masalh seputar motor listrik yaitu Motor Arus bolak-balik / AC.

baiklah langsung ke topik bahasan saja, simak baik-baik :

Motor listrik 1 Fasa banyak digunakan pada peralatan rumah tangga listrik, misalnya pompa air, mesin cuci, lemari es, mixer, kipas angin dan sebagainya.Karena bentuknya yang sederhana dan harganya yang relatif murah motor listrik 1 fasa banyak dipakai untuk keperluan motor-motor kecil.  Struktur motor listrik induksi 1 fasa hampir sama dengan motor induksi 3 fasa.  Motor listrik 1 fasa berkapasitas kecil ini sering dikenal dengan nama Fraction Horse Power Motor, dibuat dalam berbagai macam type sesuai dengan kebutuhan.  Motor ini bekerja pada arus bolak balik 1 fasa dengan frekuensi nominal. 

Disebut motor listrik 1 fasa karena untuk mendapatkan daya mekanik hanya dipelukan sumber satu fasa, yang pada dasarnya motor satu fasa mempunyai prinsip kerja motor listrik dua fasa, hal ini disebabkan karena pada lilitan statornya terdiri dari dua lilitan, yaitu lilitan utama dan lilitan bantu dan diantara keduanya mempunyai beda fasa 90^o Listrik. Dari kedua fluks yang ada  pada lilitan stator tersebut maka terjadilah suatu medan magnit putar sehingga motor dapat berputar. Ada beberapa jenis-jenis motor listrik 1 fasa yang banyak digunakan diantaranya adalah

a.      Motor induksi AC 1 fasa motor fasa belah (splite phasa)

b.     Motor induksi AC 1 fasa motor kapasitor , terbagi menjadi tiga jenis yaitu: 

1. Motor Kapasitor start (starting capasitor)
2. Motor Kapasitor running (running capasitor)
3. Motor Kapasitor Start-Running (Starting running capasitor)

c.      Motor repulsi (repultion motor)

d.     Motor kutub bayangan (shaded pole motor)

e.      Motor universal  (Universal motor)

Perubahan Reaktansi Mesin Listrik Pada Saat Terjadi Gangguan

Pada saat terjadi gangguan di sistem tenaga listrik pasti akan mengalir arus yang besar pada sistem tersebut, dan peralatan proteksi arus lebih (seperti Circuit Breker, Over Current relay dan fuse) harus dapat mengisolasi lokasi hubung singkat agar meminimalkan kerusakan yang terjadi pada komponen-komponen peralatan.

Oleh karena itu perhitungan arus hubung singkat diperlukan untuk :
a. memperoleh perkiraan arus hubung singkat maksimum, yang berfungsi untuk memilih kapasitas dari CB,fuse,bus & rating dan setting dari alat proteksi & koordinasi proteksi arus lebih yang akan digunakan.
b. memperoleh perkiraan arus hubung singkat minimum, yang berfungsi untuk menetapkan sensitivitas alat proteksi.
c. evaluasi aliran arus hubung singkat dan profil tegangan selama terjadinya hubung singkat.

Arus (pada frekuensi daya) yang mengalir selama terjadinya gangguan hubung singkat berasal dari mesin-mesin berputar. namun, kapasitor daya pun dapat mengeluarkan arus transien yang besar tapi dalam waktu singkat (pada frekuensi > frekuensi daya).

Mesin-mesin berputar seperti disebutkan diatas terdiri dari 4 kategori, yaitu:
• Generator sinkron
• Motor sinkron dan synchronous condenser
• Mesin induksi
• Peralatan dan perlengkapan listrik (seperti untuk sistem distribusi: gardu induk)

Besar arus hubung singkat dari setiap mesin berputar dibatasi oleh impedansi
mesin dan impedansi antara mesin tersebut dan gangguan.

1. Generator Sinkron

Besar reaktansi generator sinkron berubah bila generator merasakan adanya gangguan hubung singkat:

• Xd” = reaktansi sub-transien, menentukan arus pada 1st cycle (pada frekuensi 50Hz atau 60 Hz) dari awal gangguan; setelah ~ 0,1 detik reaktansi naik menjadi,

• Xd’ = reaktansi transien, menentukan arus beberapa cycles dari awal gangguan; setelah 0,5 - 2 detik kemudian reaktansi naik menjadi,

• Xd = reaktansi sinkron menentukan arus setelah tercapai keadaan tunak/mantap

Jadi proses perubahan nilai reaktansi dari generator sinkron bila terjadi gangguan adalah sebagai berikut: Xd” -> Xd’ -> Xd

Arus hubung singkat: I= E/Z

dengan;
Z= impedansi total antara tegangan dalam generator dengan gangguan

2. Motor Sinkron dan Synchronous Condenser

• Motor sinkron mensuplai arus hubung singkat seperti halnya generator sinkron
• Bila gangguan menyebabkan tegangan sistem turun, maka motor akan mengalami penurunan suplai daya untuk memutar beban. Pada saat yang sama tegangan dalam motor menyebabkan mengalirnya arus ke arah lokasi gangguan. Inersia motor dan beban berlaku sebagai penggerak mula, dan apabila eksitasi motor konstan, motor akan berfungsi sebagai generator mensuplai arus gangguan.
• Reaktansi motor sinkron berubah dari : Xd” -> Xd’ -> Xd
• Arus hubung singkat dihitung dengan menggunakan sirkuit ekivalen generator sinkron.

Untuk Synchronous condenser, peranannya hampir sama seperti motor sinkron (namun tanpa beban).

3. Mesin Induksi

terbagi menjadi motor induksi dan generator induksi.

a. Motor Induksi
• Motor Induksi rotor sangkar berkontribusi pada arus hubung singkat hanya dalam beberapa cycles saja, kemudian hilang. Reaktansi motor induksi yang digunakan untuk menghitung arus hubung singkat adalah Xd” yang besarnya mendekati locked-rotor reactance.

• Motor induksi rotor belitan yang ujung belitan rotornya dihubung singkat berlaku seperti motor induksi rotor belitan. Bila belitan rotornya dihubungkan dengan tahanan luar, konstanta waktu hubung singkatnya kecil sehingga kontribusinya dapat diabaikan.

b. Generator Induksi
• Pada perhitungan arus hubung singkat = motor induksi.

Tipe Gangguan Hubung Singkat

• Hubung singkat tiga-fasa (simetris)
• Hubung singkat fasa ke fasa (line-to-line)
• Hubung singkat fasa-fasa-tanah
• Hubung singkat fasa ke tanah

Metode Perhitungan

• Untuk gangguan hubung singkat tiga-fasa (simetris) pada sistem tiga fasa didekati dengan sirkuit ekivalen fasa tunggal (fasa-netral). Dalam hal ini perlu diperhatikan batasan berikut:
– Komponen-komponen sistem simetris (didesain simetris)
– Pembebanan sistem (dapat dianggap) seimbang dan simetris.
• Untuk gangguan hubung singkat tak-simetris, diperlukan transformasi komponen simetris (komponen-komponen urutan positif, negatif dan nol).
• Perhitungan dilakukan dalam sistem per-unit
• Menggunakan teorema Thevenin dan Superposisi