Tugas Sofskil Teknik Tenaga Lisrik

Halimatussa’diah
Universitas Gunadarma, Jakarta
Email : halimaht@gmail.com

Abstraksi: Paper ini berkaitan dengan bagaimana cara menghasilkan energi listrik yang saat ini sangat dibutuhkan oleh manusia dalam menjalankan berbagai macam aktivitasnya. Dalam pembahasan pada paper ini salah satu tenaga yang akan dipelajari untuk menghasilkan energi listrik adalah tenaga air, yang dikenal dengan pembangkit listrik tenga air. Bagaimana cara kerja pembangkit listrik mengubah tenaga air menjadi tenaga listrik serta kelemahan dan kelebihan pembangkit listrik tenaga air terhadap pembangkit listrik dengan sumber tenaga yang lain juga akan dijelaskan pada paper ini.

Kata Kunci : Listrik, Pembangkit Listrik Tenaga Air, Cara Kerja, Kelebihan dan Kelemahannya



I. Pendahuluan

Listrik adalah sesuatu yang sangat penting bagi kehidupan manusia. Setiap hari bahkan setiap waktu manusia membutuhkan listrik. Kebutuhan manusia akan listrik inilah yang akhirnya mengharuskan manusia untuk berfikir bagaimana cara untuk menciptakan listrik dan menggunakannya secara efektif den efisien. Sumber tenaga yang digunakan untuk menghasilkan listrik beragam jenisnya, ada yang menggunakan sumber tenaga air, nuklir, panas bumi, angin, dll. Pada pembahasan ini salah satu sumber tenaga yang digunakan untuk menghasilkan lisrtik yang akan dibahas adalah sumber tenaga air yang dikenal dengan sumber listrik tenaga air.

II. Listrik

” Thales adalah orang yang pertama kali menemukan konsep listrik ia mengemukakan bahwa apabila batu ambar digosok dengan kain wol, batu tersebut dapat menarik benda-benda kecil disekitarnya”.[1]

Besaran-besaran Listrik

1. Arus Listrik
”Arus listrik adalah laju aliran pada muatan listrik”.[2]

Arus listrik dilambangkan dengan dengan huruf I dan besarnya diukur dengan menggunakan satuan ampere (A). Pemberian satuan ini adalah sebagai penghargaan kepada jasa-jasa penemunya, yaitu seorang ahli fisika berkebangsaan Perancis, Andre M. Anpere (1775-1836).

2. Tegangan Listrik
”Tegangan listrik adalah tenaga yang menyebabkan elektron bebas mengalir dalam suatu penghantar”.[3]


Tegangan listrik (kadang disebut juga sebagai voltase) adalah perbedaan potensi listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dinyatakan dengan satuan volt.

Besaran ini mengukur energi potensial sebuah medan listrik untuk menyebabkan aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik. Tergantung pada perbedaan potensi listrik satu tegangan listrik dapat dikatakan sebagai ekstra rendah, rendah, tinggi atau ekstra tinggi.

3. Muatan Listrik

Muatan listrik dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu muatan positif dan muatan negative.

Dua muatan yang sejenis jika didekatkan akan saling tolak-menolak, sebaliknya jika dua muatan berlainan jenis didekatkan maka akan saling tarik-menarik.


Komponen Listrik

1. Hambatan Listrik
“Hambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik dari suatu komponen elektronik (misalnya resistor) dengan arus listrik yang melewatinya”
Hambatan listrik dilambangkan dengan huruf R dengan satuan ohm.
Hambatan sebuah kawat penghantar ditentukan oleh panjang kawat, luas penampang kawat, dan jenis bahan kawat.
Macam-macam Hambatan
1. Hambatan Geser (Rheostat)
2. Bangku Hambatan Sumbat
3. Hambatan Komponen Elektronika (Hambatan Tetap)
Susunan Hambatan
1. Hambatan Seri
2. Hambatan Pararel
3. Hambatan Seri dan Pararel

Hukum Ohm
“Kuat arus pada sebuah penghantar sebanding dengan beda potensial di antara ujung-ujung penghantar”.[4]
2. Kapasitansi
3. Induktansi

Energi Listrik

“Energi listrik adalah energi yang dapat menghasilkan listrik”. [5] Energi listrik dilambangkan dengan W.
Rumus yang digunakan untuk mengetahui energi listrik adalah:
W = Q.V
keterangan :
W = Energi listrik ( Joule)
Q = Muatan listrik ( Coulomb)
V = Beda potensial ( Volt )
”Energi listrik bersumber dari tegangan dan arus listrik pada suatu saat tertentu”.[6]
W = (I.t).V
W = V.I.t
Bila rumus di atas dihubungkan dengan Hukum Ohm maka dapat digunakan rumus:
W = I.R.I.t
Energi listrik per satuan waktu disebut dengan daya listrik.

Penggunaan energi listrik

Energi listrik yang dihasilkan dari sumber tegangan listrik dapat diubah ke dalam bentuk energi lain, seperti energi cahaya pada lampu, energi panas pada setrika dan alat solder. Energi listrik dapat juga diubah menjadi enegi gerak seperti pada kipas angin atau pada minuman anak-anak yang adapat bergerak. Energi listrik juga dapat diubah menjadi energi bunyi. Energi listrik adalah energi yang paling mudah di dalam pemakainnya.


CARA KERJA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR SERTA
KELEBIHAN DAN KELEMAHANNYA

Gambar 1. Transmisi Jaringan Listrik

Sumber tenaga listrik

Energi listrik ini dapat dihasilkan oleh pembangkit tenaga listrik yang menggunakan berbagai macam sumber energi. Sumber-sumber energi yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik, misalnya air terjun, cahaya matahari, batu bara, minyak bumi, gas alam dan sumber energi lainnya.

III. Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)

Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) adalah pembangkit listrik yang memanfaatkan energi dari air untuk menghasilkan energi listrik, energy ini dikenal dengan energi hidroelektrik. Elemen penting dari pembangkit listrik tenaga air adalah motor yang dihubungkan pada turbin yang digerakkan air. Selain memanfaatkan air pada waduk atau air terjun, pembangkit listrik tenaga air juga memanfaatkan energi lain seperti ombak.[7]
Pemanfaatan Tenaga Air
Pemanfaatan air adalah penggunaan energi tertua yang digunakan manusia. Perbedaanbatas atas dan batas bawah bendungan disebut tinggi terjun. Tinggi terjun menghasilkan gerakan yang mendesak turbin. Biaya operasi PLTA sangat renda tetapi di lain hal ada biaya investasi yang tinggi untuk para pekerjanya.
Fungsi lain dari PLTA adalah untuk menanggung beban puncak dan beban dasar. Sebagai sumber daya yang dapat diperbaharui, tenaga air sangan menarik untuk dikembangkan. Namun pemanfaatannya dibatasi kondisi geografis permasalahan lokasi yang biasanya jauh dari beban pusat. [8]

Elemen-elemen Dasar

Elemen-elemen dasar PLTA terdiri dari :
1. Dam (waduk),
2. Turbin,
3. Generator
4. Travo
5. Transmisi.

1. Dam (waduk) berfungsi menampung air karena turbin memerlukan pasokan air yang cukup dan stabil. Manfaat lain dari dan atau waduk adalah untuk pengendalian banjir, contoh waduk Jatiluhur yang berkapasitas 3 miliar kubik air dengan volume efektif sebesar 2,6 miliar kubik.



Gambar 2. Kontrol Diagram Eliminasi harmonik dengan Phase Lock Loop
2. Turbin berfungsi mengubah energi potensial menjadi energi mekanik. Air akan menggerakkan sudut – sudut dari turbin sehingga turbin berputar. Perputaran turbin ini di hubungkan ke generator. Dilihat dari tinggi terjun dan debit air turbin, terdiri dari berbagai jenis seperti turbin yaitu turbin Francis, turbin Kaplan, dan turbin Pelton.

3. Generator dihubungkan ke turbin dengan bantuan poros dan gearbox. Memanfaatkan perputaran turbin memutar kumparan magnet didalam generator sehingga membangkitkan arus AC.



Gambar 3. Kontrol Diagram Eliminasi harmonik dengan Phase Lock Loop
4. Travo berfungsi menaikan tegangan arus bolak balik (AC), travo yang digunakan adalah travo step up.

5. Transmisi berfungsi mengalirkan listrik ke rumah-rumah ataupun industri yang sebelumnya diturunkan.[9]


Transmisi Daya Listrik

Energi listrik yang kita gunakan di rumah-rumah berasal dari pusat pembangkit tenaga listrik. Telah dijelaskan bahwa sumber pembangkit tenaga listrik adalah berupa PLTA, PLTU, PLTD, PLTN, dan pusat pembangkit listrik lainnya. Pusat pembangkit listrik tersebut sangan jauh tempatnya dari konsumen atau pemakai listrik.

Dalam mentransmisikan atau memindahkan energi listrik tersebut dibutuhkan kabel-kabel transmisi yang sangat panjang. Energi listrik dialirkan kerumah-rumah, gedung-gedung, atau pabrik-pabrik dengan kawat atau kabel yang sangat tebal. Dalam transmisi ini dibutuhkan transformator untuk menaikkan atau menurunkan tegangan listrik sesuai dengan kebutuhan konsumen atau pemakai.

Transmisi biasanya menggunakan tegangan tinggi sampai ratusan ribu volt. Sebelum masuk ke rumah-rumah, tegangan tersebut diturunkan lagi dengan menggunakan transformator sehingga tegangannya menjadi 110 volt atao 220 volt.


Penggunaan Transmisi

Supaya kehilangan energi listrik di dalam transmisi kecil, harus digunakan kawat yang mempunyai hambatan kecil. Selain itu dapat menggunakan tegangan yang tinggi sehingga arus yang mengalir pada kawat menjadi kecil. Daya listrik yang hilang atau energinya berubah menjadi kalor pada saat transmisi memenuhi persamaan:

P (hilang) : I² . R

Supaya P (hilang) kecil, maka kuat arus (I) dan hambatan kawat (R) harus kecil.[10]

Pembangkit listrik tenaga air konvensional bekerja dengan cara mengalirkan air dari dam ke turbin setelah itu air dibuang. Saat ini ada teknologi baru yang dikenal dengan pumped-storage plant . [11]





IV. Cara Kerja PLTA

Prinsip Kerja PLTA
1. Energi Potensial yang berasal dari tenaga Air ditampung pada dam yang memiliki ketinggian
2. Energi Kinetik yang dihasilkan Air yang bergerak melalui reservior
3. Energi Mekanik menyebabkan terjadinya putaran pada turbin
4. Energi Listrik menyebabkan terjadinya putaran rortor generator [12]

Prinsip Kerja PLTA secara Umum
Prinsip kerja PLTA secara umum adalah:
“Mengumpulkan air dalam waduk atau dam atau bendungan untuk menampung air dan meninggikan tinggi tekan air”[13]

IV. Kelebihan dan Kelemahan
Pembangkit listrik tenaga air memiliki beberapa kelebihan dan kekurangan jika dibandingkan dengan pembangikt listrik dengan sumber tenaga yang lainnya, beberapa kelebihan dan kekurangan dari pembangkit listrik tenaga air adalah:
1. Kelebihan
PLTA mempunyai kelebihan dibandingkan pembangkit tenaga listrik lainnya. Beberapa keunggulan PLTA di antaranya :
1. Waktu pemulaian prosesnya cepat
2. Mudah mengoperasikannya
3. Biaya produksi murah
4. Tidak mencemari lingkungan
5. Reservoir banyak memberikan manfaat lain
6. Tidak cepat rusak
7. Dapat digunakan untuk waktu yang cukup lama
8. Efisiensi maximal
9. Selain untuk subtitusi termal juga untuk pemikul beban puncak karena cepat mengikuti perubahan beban tanpa harus mengorbankan efisiensi.
2. Kelemahan
1. Kualitas sumber daya manusia yang masih belum baik baik kualitas maupun kuantitas
2. Sumber dana dari pemerintah yang kurang
3. Kelemahan menggunakan teknologi[14]

V. Kesimpulan

Dapat mengetahui besaran listrik, komponen listrik, pembangkit listrik tenaga air, dan bagaimana cara kerja pembangkit listrik tenaga listrik dalam mengubah energi potensial dan energy kinetic dari air untuk menghasilkan energi listrik..

VI. Penutup

Dari pembahasan tentang teori dasar tentang listrik, teori tentang pembangkit listrik tenaga air dan cara kerja proses pembangkit listrik tenaga air dapat disimpulkan bahwa pembangkit listrik tenaga air bekerja dengan mengubah energi kinetic air menjadi energi listrik.

VII. Referensi

[1] Subagya, Hari, dkk. Sains Fisika 3, Bumi Aksara; Jakarta, 2007.

Konsep listrik pertama kali dikemukakan kira-kira pada tahun 600 SM oleh Thales, seorang filsof Yunani yang menemukan sejenis batuan yang disebut batu ambar. Apabila batu ambar digosok dengan kain wol, ternyata batu ini dapat menarik benda-benda kecil di sekitarnya.

[2,3,4,5,6,10] Kamajaya. Fisika 3, Ganesa; Jakarta, 2003.

Energi listrik dapat dihasilkan apabila ada sebuah sumber tegangan yang dapat menghasilkan arus listrik selama rentang waktu tertentu.

[7,9,11] wiki. Pembangkit Listrik Tenaga Air. Wikipedia; Jakarta.

Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) adalah pembangkit listrik yang mengandalkan energi potensial dan kinetik dari air untuk menghasilkan energi listrik. Energi listrik yang dibangkitkan dari ini biasa disebut sebagai hidroelektrik. Bentuk utama dari pembangkit listrik jenis ini adalah motor yang dihubungkan ke turbin yang digerakkan oleh tenaga kinetik dari air. Namun, secara luas, pembangkit listrik tenaga air tidak hanya terbatas pada air dari sebuah waduk atau air terjun, melainkan juga meliputi pembangkit listrik yang menggunakan tenaga air dalam bentuk lain seperti tenaga ombak

[8] Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1993.
Penggunaan tenaga air mungkin merupakan bentuk konversi energi tertua yang pernah dikenal manusia. Perbedaan vertical antara batas atas dengan batas bawah bendungan di mana terletak turbin air, dikenal sebagai tinggi terjun. Tinggi terjun ini mengakibatkan air yang mengalir akan memperoleh energi kinetic yang kemudian mendesak sudut-sudut turbin. Bergantung pada tinggi terjun dan debit air, dikenal tiga macam turbin yaitu: Pelton, Francis, dan Kaplan. Karena tidak menggunakan bahan baker, biaya operasi PLTA sangat rendah, namun hal ini dibarengi dengan biaya inbvestasi yang sangan tinggi untuk kontruksi pekarjaan sipilnya.

[12,13,14] wartawarga. Tugas-Ilmu-dasar-ipa. Gunadarma; Jakarta, 2009.
Energi Potensial ↔ Air pada dam yang memiliki ketinggian↓
Energi Kinetik ↔ Air yang bergerak melalui reservior↓
Energi Mekanik ↔ Putaran pada turbin↓
Energi Listrik ↔ Putar rortor generator

Tugas Sofskil Teknik Tenaga Listrik

CARA KERJA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR SERTA
KELEBIHAN DAN KELEMAHANNYA

Halimatussa’diah
Universitas Gunadarma, Jakarta
Email : halimaht@gmail.com

Abstraksi: Paper ini berkaitan dengan bagaimana cara menghasilkan energi listrik yang saat ini sangat dibutuhkan oleh manusia dalam menjalankan berbagai macam aktivitasnya. Dalam pembahasan pada paper ini salah satu tenaga yang akan dipelajari untuk menghasilkan energi listrik adalah tenaga air, yang dikenal dengan pembangkit listrik tenga air. Bagaimana cara kerja pembangkit listrik mengubah tenaga air menjadi tenaga listrik serta kelemahan dan kelebihan pembangkit listrik tenaga air terhadap pembangkit listrik dengan sumber tenaga yang lain juga akan dijelaskan pada paper ini.

Kata Kunci : Listrik, Pembangkit Listrik Tenaga Air, Cara Kerja, Kelebihan dan Kelemahannya



I. Pendahuluan

Listrik adalah sesuatu yang sangat penting bagi kehidupan manusia. Setiap hari bahkan setiap waktu manusia membutuhkan listrik. Kebutuhan manusia akan listrik inilah yang akhirnya mengharuskan manusia untuk berfikir bagaimana cara untuk menciptakan listrik dan menggunakannya secara efektif den efisien. Sumber tenaga yang digunakan untuk menghasilkan listrik beragam jenisnya, ada yang menggunakan sumber tenaga air, nuklir, panas bumi, angin, dll. Pada pembahasan ini salah satu sumber tenaga yang digunakan untuk menghasilkan lisrtik yang akan dibahas adalah sumber tenaga air yang dikenal dengan sumber listrik tenaga air.

II. Listrik

” Thales adalah orang yang pertama kali menemukan konsep listrik ia mengemukakan bahwa apabila batu ambar digosok dengan kain wol, batu tersebut dapat menarik benda-benda kecil disekitarnya”.[1]

Besaran-besaran Listrik

1. Arus Listrik
”Arus listrik adalah laju aliran pada muatan listrik”.[2]

Arus listrik dilambangkan dengan dengan huruf I dan besarnya diukur dengan menggunakan satuan ampere (A). Pemberian satuan ini adalah sebagai penghargaan kepada jasa-jasa penemunya, yaitu seorang ahli fisika berkebangsaan Perancis, Andre M. Anpere (1775-1836).

2. Tegangan Listrik
”Tegangan listrik adalah tenaga yang menyebabkan elektron bebas mengalir dalam suatu penghantar”.[3]


Tegangan listrik (kadang disebut juga sebagai voltase) adalah perbedaan potensi listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dinyatakan dengan satuan volt.

Besaran ini mengukur energi potensial sebuah medan listrik untuk menyebabkan aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik. Tergantung pada perbedaan potensi listrik satu tegangan listrik dapat dikatakan sebagai ekstra rendah, rendah, tinggi atau ekstra tinggi.

3. Muatan Listrik

Muatan listrik dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu muatan positif dan muatan negative.

Dua muatan yang sejenis jika didekatkan akan saling tolak-menolak, sebaliknya jika dua muatan berlainan jenis didekatkan maka akan saling tarik-menarik.


Komponen Listrik

1. Hambatan Listrik
“Hambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik dari suatu komponen elektronik (misalnya resistor) dengan arus listrik yang melewatinya”
Hambatan listrik dilambangkan dengan huruf R dengan satuan ohm.
Hambatan sebuah kawat penghantar ditentukan oleh panjang kawat, luas penampang kawat, dan jenis bahan kawat.
Macam-macam Hambatan
1. Hambatan Geser (Rheostat)
2. Bangku Hambatan Sumbat
3. Hambatan Komponen Elektronika (Hambatan Tetap)
Susunan Hambatan
1. Hambatan Seri
2. Hambatan Pararel
3. Hambatan Seri dan Pararel

Hukum Ohm
“Kuat arus pada sebuah penghantar sebanding dengan beda potensial di antara ujung-ujung penghantar”.[4]
2. Kapasitansi
3. Induktansi

Energi Listrik

“Energi listrik adalah energi yang dapat menghasilkan listrik”. [5] Energi listrik dilambangkan dengan W.
Rumus yang digunakan untuk mengetahui energi listrik adalah:
W = Q.V
keterangan :
W = Energi listrik ( Joule)
Q = Muatan listrik ( Coulomb)
V = Beda potensial ( Volt )
”Energi listrik bersumber dari tegangan dan arus listrik pada suatu saat tertentu”.[6]
W = (I.t).V
W = V.I.t
Bila rumus di atas dihubungkan dengan Hukum Ohm maka dapat digunakan rumus:
W = I.R.I.t
Energi listrik per satuan waktu disebut dengan daya listrik.

Penggunaan energi listrik

Energi listrik yang dihasilkan dari sumber tegangan listrik dapat diubah ke dalam bentuk energi lain, seperti energi cahaya pada lampu, energi panas pada setrika dan alat solder. Energi listrik dapat juga diubah menjadi enegi gerak seperti pada kipas angin atau pada minuman anak-anak yang adapat bergerak. Energi listrik juga dapat diubah menjadi energi bunyi. Energi listrik adalah energi yang paling mudah di dalam pemakainnya.


Gambar 1. Transmisi Jaringan Listrik

Sumber tenaga listrik

Energi listrik ini dapat dihasilkan oleh pembangkit tenaga listrik yang menggunakan berbagai macam sumber energi. Sumber-sumber energi yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik, misalnya air terjun, cahaya matahari, batu bara, minyak bumi, gas alam dan sumber energi lainnya.

III. Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)

Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) adalah pembangkit listrik yang memanfaatkan energi dari air untuk menghasilkan energi listrik, energy ini dikenal dengan energi hidroelektrik. Elemen penting dari pembangkit listrik tenaga air adalah motor yang dihubungkan pada turbin yang digerakkan air. Selain memanfaatkan air pada waduk atau air terjun, pembangkit listrik tenaga air juga memanfaatkan energi lain seperti ombak.[7]
Pemanfaatan Tenaga Air
Pemanfaatan air adalah penggunaan energi tertua yang digunakan manusia. Perbedaanbatas atas dan batas bawah bendungan disebut tinggi terjun. Tinggi terjun menghasilkan gerakan yang mendesak turbin. Biaya operasi PLTA sangat renda tetapi di lain hal ada biaya investasi yang tinggi untuk para pekerjanya.
Fungsi lain dari PLTA adalah untuk menanggung beban puncak dan beban dasar. Sebagai sumber daya yang dapat diperbaharui, tenaga air sangan menarik untuk dikembangkan. Namun pemanfaatannya dibatasi kondisi geografis permasalahan lokasi yang biasanya jauh dari beban pusat. [8]

Elemen-elemen Dasar

Elemen-elemen dasar PLTA terdiri dari :
1. Dam (waduk),
2. Turbin,
3. Generator
4. Travo
5. Transmisi.

1. Dam (waduk) berfungsi menampung air karena turbin memerlukan pasokan air yang cukup dan stabil. Manfaat lain dari dan atau waduk adalah untuk pengendalian banjir, contoh waduk Jatiluhur yang berkapasitas 3 miliar kubik air dengan volume efektif sebesar 2,6 miliar kubik.


Gambar 2. Kontrol Diagram Eliminasi harmonik dengan Phase Lock Loop
2. Turbin berfungsi mengubah energi potensial menjadi energi mekanik. Air akan menggerakkan sudut – sudut dari turbin sehingga turbin berputar. Perputaran turbin ini di hubungkan ke generator. Dilihat dari tinggi terjun dan debit air turbin, terdiri dari berbagai jenis seperti turbin yaitu turbin Francis, turbin Kaplan, dan turbin Pelton.

3. Generator dihubungkan ke turbin dengan bantuan poros dan gearbox. Memanfaatkan perputaran turbin memutar kumparan magnet didalam generator sehingga membangkitkan arus AC.


Gambar 3. Kontrol Diagram Eliminasi harmonik dengan Phase Lock Loop
4. Travo berfungsi menaikan tegangan arus bolak balik (AC), travo yang digunakan adalah travo step up.

5. Transmisi berfungsi mengalirkan listrik ke rumah-rumah ataupun industri yang sebelumnya diturunkan.[9]


Transmisi Daya Listrik

Energi listrik yang kita gunakan di rumah-rumah berasal dari pusat pembangkit tenaga listrik. Telah dijelaskan bahwa sumber pembangkit tenaga listrik adalah berupa PLTA, PLTU, PLTD, PLTN, dan pusat pembangkit listrik lainnya. Pusat pembangkit listrik tersebut sangan jauh tempatnya dari konsumen atau pemakai listrik.

Dalam mentransmisikan atau memindahkan energi listrik tersebut dibutuhkan kabel-kabel transmisi yang sangat panjang. Energi listrik dialirkan kerumah-rumah, gedung-gedung, atau pabrik-pabrik dengan kawat atau kabel yang sangat tebal. Dalam transmisi ini dibutuhkan transformator untuk menaikkan atau menurunkan tegangan listrik sesuai dengan kebutuhan konsumen atau pemakai.

Transmisi biasanya menggunakan tegangan tinggi sampai ratusan ribu volt. Sebelum masuk ke rumah-rumah, tegangan tersebut diturunkan lagi dengan menggunakan transformator sehingga tegangannya menjadi 110 volt atao 220 volt.


Penggunaan Transmisi

Supaya kehilangan energi listrik di dalam transmisi kecil, harus digunakan kawat yang mempunyai hambatan kecil. Selain itu dapat menggunakan tegangan yang tinggi sehingga arus yang mengalir pada kawat menjadi kecil. Daya listrik yang hilang atau energinya berubah menjadi kalor pada saat transmisi memenuhi persamaan:

P (hilang) : I² . R

Supaya P (hilang) kecil, maka kuat arus (I) dan hambatan kawat (R) harus kecil.[10]

Pembangkit listrik tenaga air konvensional bekerja dengan cara mengalirkan air dari dam ke turbin setelah itu air dibuang. Saat ini ada teknologi baru yang dikenal dengan pumped-storage plant . [11]





IV. Cara Kerja PLTA

Prinsip Kerja PLTA
1. Energi Potensial yang berasal dari tenaga Air ditampung pada dam yang memiliki ketinggian
2. Energi Kinetik yang dihasilkan Air yang bergerak melalui reservior
3. Energi Mekanik menyebabkan terjadinya putaran pada turbin
4. Energi Listrik menyebabkan terjadinya putaran rortor generator [12]

Prinsip Kerja PLTA secara Umum
Prinsip kerja PLTA secara umum adalah:
“Mengumpulkan air dalam waduk atau dam atau bendungan untuk menampung air dan meninggikan tinggi tekan air”[13]

IV. Kelebihan dan Kelemahan
Pembangkit listrik tenaga air memiliki beberapa kelebihan dan kekurangan jika dibandingkan dengan pembangikt listrik dengan sumber tenaga yang lainnya, beberapa kelebihan dan kekurangan dari pembangkit listrik tenaga air adalah:
1. Kelebihan
PLTA mempunyai kelebihan dibandingkan pembangkit tenaga listrik lainnya. Beberapa keunggulan PLTA di antaranya :
1. Waktu pemulaian prosesnya cepat
2. Mudah mengoperasikannya
3. Biaya produksi murah
4. Tidak mencemari lingkungan
5. Reservoir banyak memberikan manfaat lain
6. Tidak cepat rusak
7. Dapat digunakan untuk waktu yang cukup lama
8. Efisiensi maximal
9. Selain untuk subtitusi termal juga untuk pemikul beban puncak karena cepat mengikuti perubahan beban tanpa harus mengorbankan efisiensi.
2. Kelemahan
1. Kualitas sumber daya manusia yang masih belum baik baik kualitas maupun kuantitas
2. Sumber dana dari pemerintah yang kurang
3. Kelemahan menggunakan teknologi[14]

V. Kesimpulan

Dapat mengetahui besaran listrik, komponen listrik, pembangkit listrik tenaga air, dan bagaimana cara kerja pembangkit listrik tenaga listrik dalam mengubah energi potensial dan energy kinetic dari air untuk menghasilkan energi listrik..

VI. Penutup

Dari pembahasan tentang teori dasar tentang listrik, teori tentang pembangkit listrik tenaga air dan cara kerja proses pembangkit listrik tenaga air dapat disimpulkan bahwa pembangkit listrik tenaga air bekerja dengan mengubah energi kinetic air menjadi energi listrik.

VII. Referensi

[1] Subagya, Hari, dkk. Sains Fisika 3, Bumi Aksara; Jakarta, 2007.

Konsep listrik pertama kali dikemukakan kira-kira pada tahun 600 SM oleh Thales, seorang filsof Yunani yang menemukan sejenis batuan yang disebut batu ambar. Apabila batu ambar digosok dengan kain wol, ternyata batu ini dapat menarik benda-benda kecil di sekitarnya.

[2,3,4,5,6,10] Kamajaya. Fisika 3, Ganesa; Jakarta, 2003.

Energi listrik dapat dihasilkan apabila ada sebuah sumber tegangan yang dapat menghasilkan arus listrik selama rentang waktu tertentu.

[7,9,11] wiki. Pembangkit Listrik Tenaga Air. Wikipedia; Jakarta.

Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) adalah pembangkit listrik yang mengandalkan energi potensial dan kinetik dari air untuk menghasilkan energi listrik. Energi listrik yang dibangkitkan dari ini biasa disebut sebagai hidroelektrik. Bentuk utama dari pembangkit listrik jenis ini adalah motor yang dihubungkan ke turbin yang digerakkan oleh tenaga kinetik dari air. Namun, secara luas, pembangkit listrik tenaga air tidak hanya terbatas pada air dari sebuah waduk atau air terjun, melainkan juga meliputi pembangkit listrik yang menggunakan tenaga air dalam bentuk lain seperti tenaga ombak

[8] Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1993.
Penggunaan tenaga air mungkin merupakan bentuk konversi energi tertua yang pernah dikenal manusia. Perbedaan vertical antara batas atas dengan batas bawah bendungan di mana terletak turbin air, dikenal sebagai tinggi terjun. Tinggi terjun ini mengakibatkan air yang mengalir akan memperoleh energi kinetic yang kemudian mendesak sudut-sudut turbin. Bergantung pada tinggi terjun dan debit air, dikenal tiga macam turbin yaitu: Pelton, Francis, dan Kaplan. Karena tidak menggunakan bahan baker, biaya operasi PLTA sangat rendah, namun hal ini dibarengi dengan biaya inbvestasi yang sangan tinggi untuk kontruksi pekarjaan sipilnya.

[12,13,14] wartawarga. Tugas-Ilmu-dasar-ipa. Gunadarma; Jakarta, 2009.
Energi Potensial ↔ Air pada dam yang memiliki ketinggian↓
Energi Kinetik ↔ Air yang bergerak melalui reservior↓
Energi Mekanik ↔ Putaran pada turbin↓
Energi Listrik ↔ Putar rortor generator

KEADAAN TRANSFORMATOR TANPA BEBAN

KEADAAN TRANSFORMATOR TANPA BEBAN

Bila kumparan primer suatu transformator dihubungan dengan sumber tegangan V1 yang sinusoid, akan mengalirlah arus primer I0 yang juga sinusoid dan dengan tegangan menganggap belitan N1 reaktif murni, I0 akan tertinggal 90º dari V1. Arus primer I0 menimbulkan fluks (Ф) yang sefasa dan juga berbentuk sinusoid.

Fluks yang sinusoid ini akan menghasilkan tegangan induksi e1 (Hukum Faraday)

Dalam hal ini tegangan induksi E1 mempunyai kebesaran yang sama tetapi berlawanan arah dengan tegangan sumber V1.

ARUS PENGUAT

Arus primer I0 yang mengalir pada saat kumparan sekunder tidak dibebani disebut arus penguat. Dalam kenyataanya arus primer I0 bukanlah merupakan arus induktif murni, hingga ia terdiri atas dua komponen.

1. Komponen arus pemagnetan Im, yang menghasilkan fluks (Ф). Karena sifat besi yang nonlinier (ingat kurva B-H), maka arus pemagnetan Im dan juga fluks (Ф) dalam kenyataanya tidak berbentuk sinusoid.
2. Komponen arus rugi tembaga Ic, menyatakan daya yang hilang akibat adanya rugi histerisis dan “arus eddy”. Ic sefasa dengan V1, dengan demikian hasil perkaliannya (Ic X V1) merupakan daya (watt) yang hilang.

KEADAN BERBEBAN

Apabila kumparan sekunder dihubungkan dengan beban Zl, I2 mengalir pada kumparan sekunder, di mana I2 = V2/ Zl dengan θ2 =m factor kerja beban.

Arus beban I2 ini akan menimbulkan gaya gerak magnet (gg,) N2I2 yang cenderung menentang fluks (Ф) bersama yang telah ada akibat arus pemagnetan Im. Agar fluks bersama itu tidak berubah nilainya, pada kumparan primer harus mengalir I2, yang menentang fluks yang dibandingkan oleh arus beban I2, hingga keseluruhan arus yang mengalir pada kumparan primer menjadi:
I1 = I0 + I2
Bila rugi besi diabaikan (Ic diabaikan) maka I0 = Im
I1 = Im + I2
Untuk menjaga agar fluks tetap tidak berubah sebesar ggm yang dihasilkan oleh arus pemagnetan Im saja, berlaku hubungan:
N1Im = N1I1 – N1I2
N1Im = Ni(Im+I2) – N2I2


RANGKAIN EKIVALEN

Dalam pembahasan terdahulu kita mengabaikan adanya tahanan dan fluks bocor. Analisis selanjutnya akan memperhitungkan kedua hal tersebut. Tidak seluruh fluks (Ф) yang dihasilkan oleh arus pemagnetan Im merupakan fluks bersama fluks (Фm), sebagian darinya hanya mencakup kumparan primer (Ф1) atau kumparan sekunder saja (Ф2). Dalam model rangkaian (rangkaian ekivalen) yang dipakai untuk menganalisis kerja suatu transformator, adanya fluks bocor Ф1 dan Ф2 ditunjukkan sebagai reaktansi X1 dan X2. Sedang rugi tahanan ditunjukkan dengan R1 dan R2.


MENENTUKAN PARAMETER

Parameter transformator yang terdapat pada model rangkaian (rangkaian ekivalen) Rc, Xm, Rek, dan Xek, dapat ditentukan besarnya dengan dua macam pengukuran (test) yaitu pengukuran beban nol dan pengukuran hubungan singkat.

Pengukuran Beban Nol

Dalam keadan tanpa beban bila kumparan primer dihubungan dengan sumber tegangan V1, seperti telah diterangkan terdahulu maka hanya I0 yang mengalir.

Pengukuran Hubungan Singkat

Hubungan singkat berarti impedansi beban Zl diperkecil menjadi nol, sehingga hanya impedansi Zek = Rek dan Xek ini relative kecil, harus dijaga tegangan yang masuk (Vhs) cukup kecil sehingga arus yang dihasilkan tidak melebihi arus nominal. Harga I0 akan relative kecil bila arus yang dihasilkan tidak melebihi arus niminal, sehingga pada pengikuran ini dapat diabaikan.


PENGATURAN TEGANGAN

Pengaturan Tegangan suatu transformator suatu transformator ialah perubahan tegangan sekunder anatara beban nol dan beban penuh pada suatu factor kerja tertentu, dengan tegangan primer konstan.

Pengaturan = V2 tanpa beban – V2 beban penuh / V2 beban penuh

KERJA PARAREL

Pertambahan beban pada suatu saat menghendaki adanya kerja pararel di antara transformator. Tujuan utama kerja pararel ialah agar beban yang dipikul sebanding dengan kemampuan Kva masing-masing transformator, hingga tidak terjadi pembebanan lebih dan pemanasan lebih.

Untuk maksud di atas diperlukan beberapa syarat yaitu:

1. Perbandingan tegangan harus sama
Jika perbandingan tegangan tidak sama, maka tegangan induksi pada kumparan sekunder masing-masing transformator tidak sama. Perbedaan ini menyebabkan terjadinya arus pusar pada kumparan sekunder ketika transformator dibebani. Arus ini menimbulkan panas pada kumparan sekunder tersebut.
2. Polaritas transformator harus sama
3. Tegangan impedansi pada keadaan beban penuh harus sama
4. Perbandingan reaktansi terhadap tahana sebaiknya sama
Apabila perbandingan R/X sama, maka kedua transformator tersebut akan bekerja pada factor kerja yang sama.

RUGI DAN EFISIENSI

Rugi Tembaga (Pcu)
Rugi yang disebabkan arus beban merngalir pada kawat tembaga dapat ditulis sebagai:
Pcu = I.² R
Karena arus beban berubah-ubah, rugi tembaga juga tidak konstan bergantung pada beban.

Rugi Besi (Pi)
Rugi besi terdiri atas:
1. Rugi histeris, yaitu rugi yang disebabkan fluks bolak-balik pada inti besi, yang dinyatakan sebagai:
Ph = Kh f B 1,6 maks watt
Kh = konstanta
Bmaks = fluks maksimum (weber)
2. Rugi “arus eddy” yaitu rugi yang disebabkan arus pusar pada inti besi. Dirumuskan dengan:
Pe = Ke f ²B²maks
Jadi, rugi besi (rugi inti) adalah
Pi = Ph + Pe
TRANSFORMATOR TIGA FASA


Transformator tiga fasa digunakan karena pertimbangan ekonomi. Dari pembahasan berikut ini akan terlihat bahwa pemakaian inti besi pada transformator tiga fasa akan jauh lebih sedikit dibandingkan dengan pemakaian tiga buah transformator fasa tunggal .

Apabila digunakan transformator fasa tunggal, pada bagian tersebut akan mengalir fluks sebesar 1/2 ФA dan 1/2 ФB, tau sebesar ФA. Demikian juga hgalnya untuk bidang nmqr. Jadi pemakaian inti besi jelas menunjukkan penghematan [ada transformator tiga fasa. Penghematan tersebut akan lebih tersa lagi bila kini kita mengubah polaritas transformator sedemikian rupa sehingga arah ФB ke atas.



Sumber:
Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1993.

Daya Rata-rata

DAYA RATA-RATA

Daya rata-rata sesaat didefinisikan sebagai hasil kali perkalian tegangan dan arus sesaat, dan ditulis sebagai:
P = v i
Jika arus dan tegangan merupakan fungsi siklus, maka daya rat-rata (P) untuk setiap suatu periode siklus tersebut dapat ditentukan besarnya.

Harga rata0rata dari fungsi sinusoid yang berubah terdapat waktu untuk satu periode adalah sama dengan nol, sehingga dari persamaan p(t) hanya terdapat bentuk ½ Im Vm cos Ф yang tidak bergentung terhadap waktu;

SISTEM TIGA FASA

Hampir semua listrik yang digunakan oleh industri, dibangkitkan, ditransmisikan, dan didistribusikan dalam system tiga fasa. Sistem tiga fasa ini memiliki besar yang sama (untuk tegangan atau arus) tetapi mempunyai perbedaan sudut sebesar 120º antarfasanya. Sumbu ini disebut juga sumbu yang seimbang.

Apabila sumber mensuplai sebuah beban seimbang, maka arus-arus yang mengalir pada masing-masing penghantar akan memiliki besar yang sama dan berbeda sudut fasa sebesar 120º satu sama lain. Arus-arus ini disebut arus seimbang.

Sistem disebut system abc, dimana fasa b tertinggal 120 º terhadap fasa a, dan fasa c tertinggal 120 º terhadap fasa b. Hanya satu kemungkinan urutan lagi selain urutan abc. Beban dihubungkan dengan cara hubungan Y. Dalam hubungan tipe Y ini tegangannya adalah tegangan kawat nwtral dan arus yang mengalir pada setiap fasa beban adalah arus kawat.

Beban adalah terhubung secara bintang (Y), selain hubungan bintang ini masih terdapat satu buah hubungan lain untuk beban yang seimbang yaitu hubungan delta. Tegangan pada hubungan delta ini adalah tegangan dari kawat ke kawat.


Sumber:
Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1993.

Teknik Tenaga Listrik

1. PENGANTAR MEDAN MAGNET DAN MEDAN LISTRIK

Medan magnet terbentuk dari gerak elektron. Mengingat arus listrik yang melalui suatu hantaran merupakan aliran elektron, maka pada sekitar kawat hantaran listrik tersebut akan ditimbulkan suatu medan magnet. Medan magnet memiliki arah, kecepatan, dan intensitas yang digambarkan sebagai “garis-garis fluks” dan dinyatakan dengan gambar simbol
ΦΔ fluks dalam besaran weber
Besaran kerapatan medan magnet dinyatakan dengan banyaknya garis-garis fluks yang menembus suatu luas bidang tertentu dan mempunyai simbol
BΔ kerapatan fluksi dalam weber/m² (WB/m²)
Intensitas medan magnet disebut sebagai kuat medan dan menyatakan dengan besarnya fluksi sepanjang jarak tertentu, mepunyai simbol
HΔ kuat medan dalam ampere/m (A/m)
Kerapatan medan B maupun kuat medan H merupakan besaran vektoris yang mempunyai besaran dan arah. Yang besarnya
B = µH
Di mana
µΔ permeabilitas dalam henry/meter (H/M)
Permeabilitas pada ruang bebas (udara), µ0, mempunyai nilai 4¶ X 10-7 H/m. Material seperti besi dan nikel mempunyai permeabilitas yang relative lebih tinggi dan biasanya disebut sebagai material yang mempunyai karakteristik feromagnet. Besaran fluks dapat juga dinyatakan dengan
Φ = ∫ B d A
Di mana d A adalah unsur luas.
Hubungan antara arus listrik dan medan magnet dinyatakan oleh Hukum Ampere, dan untuk rangkaian sederhana persamannya adalah
Ni = Hl ampere-turn
Di mana
N = jumlah lilitan
i = arus listrik (A)
H = kuat medan (A/m)
l = panjang jalur (m)

2. KONSEP RANGKAIAN MAGNET

Arus listrik (i) yang dialirkan melalui penghantar yang dibelitkan pada inti besi yang berbentuk cincin toroidal, akan menghasilkan medan magnet yang sebanding dengan jumlah lilitan (N) dikalikan dengan besaran arus listrik (i). Ampere-turn Ni ini dikenal sebagai gaya gerak magnet (ggm) dan dinyatakan dengan notasi I
I =N I ampere-turn
Gaya gerak magnet (ggm) adalah perbedaan potensial magnet yang cenderung menggerakkan fluks di sekitar cincin toroidal. Gerak fluks di sekitar cincin, selain ditentukan oleh besaran ggm, juga merupakan fungsi dari tahanan inti besi yang membawa fluks tersebut. Tahanan inti besi itu disebut reluktansi R dari rangkaian magnet.
Φ = I / R weber
Seperti juga tahanan dalam rangkaian listrik, reluktansi berbanding lurus dengan panjang (l), berbanding berbalik dengan penampang luas bidang (A), dan bergantung pada bahan magnetic rangkaian magnet tersebut, di mana besaran l dalam meter dan A dalam meter persegi.


3. INTENSITAS MEDAN MAGNET MAGNET-HUKUM AMPERE

Hukum Ampere bersama dengan beberapa persaman lain membentuk persamaan Maxwell; menyatakan bahwa integral keliling kuat medan magnet berbanding lurus dengan besar arus listrik yang terkurung oleh integral keliling itu.
∫H dl = ∫ I d A
Di mana d A adalah unsur luas.
Dalam proses konversi energi yang menyangkut mesin dengan elemen bergerak (berputar) seperti tranduser atau motor, pada inti besinya (core) akan terdapat celah udara. Melalui celah udara ini dapat berlangsung proses konversi dari energi listrik ke energi mekanik atau sebalikya.


Sumber:
Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1993.

Teknik Tenaga Listrik

SISTEM TENAGA


4. ELEMEN SISTEM TENAGA

Salah satu cara yang paling ekonomis, mudah, dan aman untuk mengirimkan energi adalah melalui bentuk energi listrik. Pada pusat pembangkit, sumberdaya energi primer seperti bahan baker fosil (minyak, gas alam, dan buatan), hidro, panas bumi, dan nuklir diubah menjadi energi listrik. Generator sinkron mengubah energi mekanis yang dihasilkan pada poros turbin menjadi energi listrik tiga fasa.
Melalui transformator penaik tegangan (step-up transformator) energi listrik ini kemudian dikirimkan melalui saluran transmisi bertegangan tinggi menuju pusat-pusat beban. Peningkatan tegangan dimaksudkan untuk mengurangi jumlah arus yang mengalir pada saluran transmisi. Dengan demikian saluran transmisi bertegangan tinggi akan membawa aliran arus rendah dan berarti mengurangi rugi panas (heat loss) I² R yang menyertainya. Ketika saluran transmisi mencapai pusat beban, tegangan tersebut kembali diturunkan menjadi tegangan menengah, melalui transformator penurun tegangan (step-down transformator).
Di pusat-pusat beban yang terhubung dengan saluran distribusi, energi listrik ini diubah lagi menjadi bentuk-bentuk energi terpakai lainnya seperti energi mekanis (motor), penerangan, pemanas, pendingin, dan sebagainya.


Sumber:
Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1993.

PUSAT PEMBANGKIT DAN OPERASI EKONOMISNYA

Pusat pembangkit berfungsi untuk mengkonversinya sumber daya energi primer menjadi energi listrik. Pusat pembangkit listrik konvensional mencakup:
1. Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU); minyak, gas alam, dan batubara.
2. Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA).
3. Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG).
4. Pusat Listrik Tenaga Diesel (PLTD).
5. Pusat Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP).
6. Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN).

1. Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU); minyak, gas alam, dan batubara.

Pada pembangkit listrik ini, bahan baker minyak, gas alam, atau batubara dipakai untuk membangkitkan panas dan uap pada boiler. Uap tersebut kemudian dipakai untuk memutar turbin yang dikopelkan langsung dengan sebuah generataot sinkron. Setelah melewati turbin, uap yang bertekanan dan bertemperatur tinggi tadi muncul menjadi uap yang bertekanan dan bertemperatur rendah. Panas yang disadap oleh kondensor menyebabkan uap berubah menjadi air yang kemudian dipompakan kembali menuju boiler.

2. Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA).
Penggunaan tenaga air mungkin merupakan bentuk konversi energi tertua yang pernah dikenal manusia. Perbedaan vertical antara batas atas dengan batas bawah bendungan di mana terletak turbin air, dikenal sebagai tinggi terjun. Tinggi terjun ini mengakibatkan air yang mengalir akan memperoleh energi kinetic yang kemudian mendesak sudut-sudut turbin. Bergantung pada tinggi terjun dan debit air, dikenal tiga macam turbin yaitu: Pelton, Francis, dan Kaplan. Karena tidak menggunakan bahan baker, biaya operasi PLTA sangat rendah, namun hal ini dibarengi dengan biaya inbvestasi yang sangan tinggi untuk kontruksi pekarjaan sipilnya.
Bergantung pada ketersediaan sumber energi air, PLTA dapat berfungsi untuk memikul beban puncak ataupun beban dasar. Sebagai sumber daya energi yang dapat pulih, sumber potensi tenaga air sangat menarik untuk dikembangkan. Tetapi pemanfaatannya secara luas sangan dibatasi oleh kondisi geografis setempat dan permasalahan lokasi yang biasanya jauh dari pusat beban. Dari 77 863 MW potensi tenaga air yang terbesar di seluruh Indonesia, sampai dengan periode Pelita IV baru sekitar 2000 MW saja yang dimanfaatkan.

3. Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG).
Seperti juga pada PLTD, PLTG atau turbin gas merupakan mesin dengan proses pembakaran dalam (internal combustion). Bahan baker berupa minyak atau gas alam dibakar di dalam ruang pemvbakar (combustor). Udara yang memasuki kompresor setelah mengalami tekanan bersama-sama dengan bahan baker disemprotkan ke ruang pembakar untuk melakukan proses pembakaran. Gas panas hasil pembakaran ini berfungsi sebagai fluida kerja yang memutar roda turbin bersudut yang terkopel dengan generator sinkron. Generator sinkron kemudian mengubah energi mekanis menjadi energi listrik.
Berbeda dengan pada PLTD, pada PLTG tidak terdapat bagian mesin yang bergerak tranlasi (bolak-balik) karena itu ia merupakan mesin yang bebas dari getaran. Meskipun temperature temperature turbin gas (1000 º C) jauh lebih tinggi daripada temperature turbin uap (583º C), namun efisiensi konvensi termalnya hanya mencapai 20%-30%. Karena biaya modal yang rendah, serta biar\ya bahan baker yang tinggi, maka PLTG berfungsi memikul beban puncak.

4. Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN).
Pada reactor air tekan (pressurized water reactor) terdapat dua rangkaian yang seolah-olah terpisah. Pada rangkaian pertama bahan baker uranium-235 yang diperkaya dan tersususn dalam pipa-pipa berkelompok, disundut untuk menghasilkan panas dalam reactor. Karena air dalam bejana penuh, maka tidak terjadi pembentukan uap, melainkan air menjadi panas dan bertekanan. Air panas yang bertekanan tersebut kemudian mengalir ke rangkaian kedua melalui suatu generator uap yang tebuat dari baja. Generator uap menghasilkan uap yang memutar turbin dan proses selanjutnya mengikuti siklus tertutup sebagaimana berlangsung pada turbin uap PLTU.
Keuntungan reactor air tekan yang mempunyai dua rangkaian ini terletak pada pemisahan rangkaian pertama yang merupakan reactor radioaktif dari proses konversi turbin uap yang berlangsung pada rangkaian kedua. Dengan demikian, uap yang masuk ke dalam turbin dan kondensor merupakan uap bersih yang tidak tercemar radioaktif. PLTN yang mempunyai biaya modal tinggi dan biaya bahan baker rendah itu seyogyanya beroperasi untuk beban dasar (7000-8000 jam per tahun).

Sumber:
Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1993.


5. KONVERSI ENERGI ELEKTROMEKANIK

Salah satu aspek penting dalam sistem tenaga adalah yang menyangkut konversi energi elektromekanik;yaitu konversi energi dari bentuk mekanik ke listrik dan dari bentuk listrik ke mekanik. Konversi energi tersebut berlangsung pada system tenaga melalui peralatan electromagnet yang disebut generator dan motor.
Blok disebelah kiri menggambarkan system pembangkit. Melalui generator sinkron tiga fasa yang menerima kopel dari poros turbin, system ini berperan untuk mengubah bentuk energi mekanik menjadi listrik
Blok di tengah menggambarkan bagian dari system tenaga yang mengirimkan energi listrik dari system pembangkit menuju system beban. Untuk mengurangi rugi-rugi panas, energi yang dikirim perlu dinaikkan tegangannya melalui transformataor penaik tegangan. Dengan demikian, meskipun transformator bukan termasuk peralatan konversi energi, namun merupakan alat pembantu electromagnet yang juga penting dalam system tenaga.
Blok disebelah kanan menggambarkan system beban yang mengubah sebagian dari energi listrik menjadi bentuk energi mekanik. Perubahan tersebut berlangsung dalam mesin-mesin berputar yang disebut motor. Selain itu sebagian energi listrik dipergunakan untuk keperluan beban lainnya seperti penerangan, pendinginan, dan pemanasan.

TRANSMISI DAN DISTRIBUSI
Apabila saluranb transmidi menyalurkan tenaga listrik bertegangan tinggi ke pusat-pusat beban dalam jumlah besar, maka saluran distribusi berfungsi untuk membagikan tenaga listrik tersebut kepada pihak pemakai melalui saluran tegangan rendah.
Generator sinkron di pusat pembangkit biasanya menghasilkanb tenaga listrik dengan tegangan antara 6-20 kV yang kemudian, dengan bantuan transformator, tegangan tersebut dinaikkan menjadi 150-500 Kv. Saluran tegangan tinggi (STT) menyalurkan tenaga listrik menuju pusat penerima; di sini tegangan ditirunkan menjadi tegangan subtransmisi 70 Kv. Pada gardu induk (GI), tenaga listrik yang diterima kemudian dilepaskan menuju trafo distribusi (TD) dalam bentuk tegangan menengah 20 Kv. Melalui trafo distribusi yang tersebar di bebagai pusat-pusat beban, tegangan distribusi primer ini diturunkan menjadi tegangan rendah 220/380 V yang akhirnya diterima piuhak pemakai.

Sumber:
Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1993.

6. KARAKTERISTIK BEBAN

Sistem tenaga listrik dirancang untuk dapat mengirim energi listrik dengan cara yang efisien dan aman kepada para pelanggan. Karakteristik dari permintaan anergi listrik kadangkala membuat usaha tersebut sulit untuk dipenuhi. Meramalkan pertumbuhan beban dan usaha untuk memenuhi siklus beban harian dan beban tahunan secara memuaskan merupakan dua kesulitan yang harus di atasi.
Melalui kombinasi pengkajian kecenderungan masa lalu dan pembuatan ramalan ke masa depan, perencana akan memperkirakan kebutuhan pembangkitan tenaga dan merekomendasikan pembangunan fasilitasnya. Namun demikian, tugas perencanba sistem tidak saja terbatas pada menjamin ketersediaan pembangkitan yang cukup saja, tapi juga harus dapat menentukan:
1. Apakah saluran transmisi yang tersedia beserta pelengkapnya masih cukup mampu untuk membawa tambahan energi listrik yang diperlukan?
2. Apakah peralatan sistem masih cukup andal untuk melindungi sistem dari keadaan-keadaan gangguan.
3. Apakah keadan gejala peralihan (transient) akan mengganggu operasi normal sistem.
4. Cara operasi yang paling ekonomis untuk bermacam-macam keadan pembebanan.

Selain persoalan-persoalan teknik tersebut, harus pula turut diperhatikan permasalahan yang menyangkut dampak lingkungan dan aspek penerimaan masyarakat atas hadirnya fasilitas baru ini. Dengan demikian seorang insinyur tenaga listrik, menghadapi kebutuhan listrik yang kian meningkat, diharapkan dapat melakukan perkiraan-perkiraan dan sekaligus menyelesaikan persoalan yang muncul secara tepat dan terus-menerus.
Mengingat teknologi yang tersedia saat ini mungkin untuk menyimpan energi listrik secara efisien serta memenuhi persyaratan biaya-manfaat, maka tenaga listrik harus dibangkitkan sebanyak yang diperlukan saja.
Pusat-pusatr pembangkit yang tersedia harus selalu dapat memenuhi kebutuhan beban yang berubah-berubah tersebut. Meskipun pusat pembangkit dengan ukuran besar biasanya dianggap ekonomis, namun jika tambahan daya yang diperlukan hanya sekedar untuk memenuhi beban puncak yang berlangsung beberapa jam, pembangkit ukuran kecil sudah cukup memadai untuk melayaninya. Karena itu, seorang insinyur tidak saja harus memperkirakan pertumbuhan beban dari tahun ke tahun, tapi juga harus mampu memperhitungkan secara ekonomis kebutuhan beban harian yang selalu berubah-ubah.
Karakteristik perubahan besarnya daya yang diterima oleh beban sistem tenaga setiap saat dalam suatru interval haro tertentu dikenal sebagai kurva beban harian. Penggambaran kurva ini dilakukan dengan mencatat besarnya beban setiap jam melalui pencatatan Mega Watt-meter yang terdapat di gardu induk. Sumbu vertical menyatakan skala beban dalam satuan MW, sedangkan sumbu horizontal menyatakan skala pencatatan waktu dalam 24 jam. Dengan demikian luas daerah di bawah kurva merupakan besarnya energi listrik yang diserap oleh beban dalam waktu 1 hari (MW x jam = MWh).

PROTEKSI

Suatu gangguan atau kegagalan, dalam keadan bagaimanapun, akan mempengaruhi aliran arus normal pada sistem tenaga. Gangguan-gangguan yang terjadi dapat disebabkan oleh sambaran petir, hubungan singkat karena kejatuhan benda tertentu pada kawat penghantar, rusaknya isolasi, dan lain sebagainya. Gangguan-gangguan tersebut dapat mengakibatkan lonjakan tegangan yang berlebihan, aliran arus yang sangat besar, bungan api listrik, dan kegagalan sistem tenaga untuk beroperasi secara keseluruhan. Menjadi tugas insinyur listrik pula untuk merancang sistem proteksi dengan mengatur pemakaian sekering (fuse), pemutus daya (circuit breaker), dan sistem relai yang mampu menemukan gangguan dengan cepat serta memisahkannya segera dari bagian sistem yang lain. Dengan rancangan sistem proteksi yang baik, ganggua-gangguan yang terjadi dapat dilokalisir [ada daerah kejadian saja sehingga tidak mengganggu para pelanggan di daerah lain.

NOTASI DAN SIMBOL

Penggunaan notasi dan symbol dalam buku ini diusahakan sesederhana mungkin. Untuk harga sesaat besaran arus bolak-balik, digunakan huruf kecil, misalnya I untuk arus sesaat, dan v untuk tegangan sesaat. Penggunaan huruf besar menunjukan nilai fasor yang mengandung besaran (magnitude) dan sudut. Besaran fasor adalah harga rms-nya (root-mean-square). Namun pada pemakaian tertentu, huruf besar juga berarti harga bilangan nyata yang hanya mempunyai besaran. Misalnya P=VI cos θ akan menghasilkan bilangan-bilangan nyata, sehingga nilai V dan I hanya menunjukkan besarannya saja.
Untuk perhitungan-perhitungan tiga fasa, daya nyata, daya reaktif, dan daya mayanya diasumsikan selalu mempunyai besaran tiga fasa, kecuali bilai dinyatakan lain.
Sumber:
Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1993.

Teknik Tenaga Listrik

LISTRIK
Salah satu cara yang paling ekonomis dan aman untuk mengirim bentuk energi adalah energi listrik. Di pusat kekuasaan dan sumber daya energi primer seperti bahan bakar fosil (minyak, gas dan batubara), tenaga air, panas bumi dan nuklir diubah menjadi energi listrik. Generator sinkron mengubah energi mekanik pada poros turbin untuk menghasilkan energi listrik.
http://bank-je.com/info-pln-ilmu-listrik/teknik-tenaga-listrik/

PENGERTIAN LISTRIK
Kelistrikan adalah sifat benda yang muncul dari adanya muatan listrik. Listrik, dapat juga diartikan sebagai berikut:
Listrik adalah kondisi dari partikel subatomik tertentu, seperti elektron dan proton, yang menyebabkan penarikan dan penolakan gaya di antaranya.
Listrik adalah sumber energi yang disalurkan melalui kabel. Arus listrik timbul karena muatan listrik mengalir dari saluran positif ke saluran negatif.
Bersama dengan magnetisme, listrik membentuk interaksi fundamental yang dikenal sebagai elektromagnetisme. Listrik memungkinkan terjadinya banyak fenomena fisika yang dikenal luas, seperti petir, medan listrik, dan arus listrik. Listrik digunakan dengan luas di dalam aplikasi-aplikasi industri seperti elektronik dan tenaga listrik.
Listrik memberi kenaikan terhadap 4 gaya dasar alami, dan sifatnya yang tetap dalam benda yang dapat diukur. Dalam kasus ini, frase "jumlah listrik" digunakan juga dengan frase "muatan listrik" dan juga "jumlah muatan". Ada 2 jenis muatan listrik: positif dan negatif. Melalui eksperimen, muatan-sejenis saling menolak dan muatan-lawan jenis saling menarik satu sama lain. Besarnya gaya menarik dan menolak ini ditetapkan oleh hukum Coulomb. Beberapa efek dari listrik didiskusikan dalam fenomena listrik dan elektromagnetik.
Satuan unit SI dari muatan listrik adalah coulomb, yang memiliki singkatan "C". Simbol Q digunakan dalam persamaan untuk mewakili kuantitas listrik atau muatan. Contohnya, "Q=0,5 C" berarti "kuantitas muatan listrik adalah 0,5 coulomb".
Jika listrik mengalir melalui bahan khusus, misalnya dari wolfram dan tungsten, cahaya pijar akan dipancarkan oleh logam itu. Bahan-bahan seperti itu dipakai dalam bola lampu (bulblamp atau bohlam).
Setiap kali listrik mengalir melalui bahan yang mempunyai hambatan, maka akan dilepaskan panas. Semakin besar arus listrik, maka panas yang timbul akan berlipat. Sifat ini dipakai pada elemen setrika dan kompor listrik.
Hal-hal yang berhubungan dengan listrik
Listrik mengalir dari saluran positif ke saluran negatif. Dengan listrik arus searah jika kita memegang hanya kabel positif (tapi tidak memegang kabel negatif), listrik tidak akan mengalir ke tubuh kita (kita tidak terkena strum). Demikian pula jika kita hanya memegang saluran negatif.
Dengan listrik arus bolak-balik, Listrik bisa juga mengalir ke bumi (atau lantai rumah). Hal ini disebabkan oleh sistem perlistrikan yang menggunakan bumi sebagai acuan tegangan netral (ground). Acuan ini, yang biasanya di pasang di dua tempat (satu di ground di tiang listrik dan satu lagi di ground di rumah). Karena itu jika kita memegang sumber listrik dan kaki kita menginjak bumi atau tangan kita menyentuh dinding, perbedaan tegangan antara kabel listrik di tangan dengan tegangan di kaki (ground), membuat listrik mengalir dari tangan ke kaki sehingga kita akan mengalami kejutan listrik ("terkena strum").
Listrik dapat disimpan, misalnya pada sebuah aki atau batere. Listrik yang kecil, misalnya yang tersimpan dalam batere, tidak akan memberi efek setrum pada tubuh. Pada aki mobil yang besar, biasanya ada sedikit efek setrum, meskipun tidak terlalu besar dan berbahaya. Listrik mengalir dari kutub positif batere/aki ke kutub negatif.
Sistem listrik yang masuk ke rumah kita, jika menggunakan sistem listrik 1 fase, biasanya terdiri atas 3 kabel:
Pertama adalah kabel fase yang merupakan sumber listrik bolak-balik (positif dan negatifnya berbolak-balik terus menerus). Kabel ini adalah kabel yang membawa tegangan dari pembangkit tenaga listrik (PLN misalnya); kabel ini biasanya dinamakan kabel panas (hot), dapat dibandingkan seperti kutub positif pada sistem listrik arus searah (walaupun secara fisika adalah tidak tepat).
Kedua adalah kabel netral. Kabel ini pada dasarnya adalah kabel acuan tegangan nol, yang biasanya disambungkan ke tanah di pembangkit tenaga listrik (di kantor PLN misalnya); dapat dibandingkan seperti kutub negatif pada sistem listrik arus searah; jadi jika listrik ingin dialirkan ke lampu misalnya, maka satu kaki lampu harus dihubungkan ke kabel fase dan kaki lampu yang lain dihubungkan ke kabel netral; jika dipegang, kabel netral biasanya tidak menimbulkan efek strum yang berbahaya, namun karena ada kemungkinan perbedaan tegangan antara acuan nol di kantor PLN dengan acuan nol di lokasi kita, ada kemungkinan si pemegang merasakan kejutan listrik. Dalam kejadian-kejadian badai listrik luar angkasa (space electrical storm) yang besar, ada kemungkinan arus akan mengalir dari acuan tanah yang satu ke acuan tanah lain yang jauh letaknya. Fenomena alami ini bisa memicu kejadian mati lampu berskala besar.
Ketiga adalah kabel tanah atau Ground. Kabel ini adalah acuan nol di lokasi pemakai, yang biasanya disambungkan ke tanah di rumah pemakai; kabel ini benar-benar berasal dari logam yang ditanam di tanah dekat rumah kita; kabel ini merupakan kabel pengamanan yang biasanya disambungkan ke badan (chassis) alat2 listrik di rumah untuk memastikan bahwa pemakai alat tersebut tidak akan mengalami kejutan listrik. Walaupun secara teori, acuan nol di rumah (kabel tanah ini) harus sama dengan acuan nol di kantor PLN (kabel netral), kabel tanah seharusnya tidak boleh digunakan untuk membawa arus listrik (misalnya menyambungkan lampu dari kabel fase ke kabel tanah). Tindakan ceroboh seperti ini hanya akan mengundang bahaya karena chassis alat-alat listrik di rumah tersebut mungkin akan memiliki tegangan tinggi dan akan menyebabkan kejutan listrik bagi pemakai lain. Pastikan teknisi listrik anda memasang kabel tanah di sistem listrik di rumah. Pemasang ini penting, karena merupakan syarat mutlak bagi keselamatan anda dari bahaya kejutan listrik yang bisa berakibat fatal dan juga beberapa alat-alat listrik yang sensitif tidak akan bekerja dengan baik jika ada induksi listrik yang muncul di chassisnya.
http://id.wikipedia.org/wiki/Listrik

SISTEM TENAGA LISTRIK
Melalui transformator penaik tegangan (step-up transformer), energi listrik ini Di pusat-pusat beban yang terhubung dengan saluran distribusi, energi listrik ini diubah menjadi bentuk-bentuk energi terpakai lainnya seperti energi mekanis (motor), penerangan, pemanas, pendingin, dan sebagainya.
Satuan listrik :
Arus listrik (I) => ampere
Tegangan listrik (V) = beda potensial => volt
Tahanan (R) = resistansi => ohm
Reaktansi (X)=> ohm
Impedansi (Z)= R  jX => ohm
Daya (S) = P  jQ => volt ampere
Daya aktif (P) => watt
Daya reaktif (Q) => volt ampere reaktif
Energi (E) => watt-hour (watt-jam)
Faktor daya (cos ) => tidak ada satuan
Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU)
Pembangkit listrik jenis ini memanfaatkan bahan bakar minyak, gas alam, atau batubara untuk membangkitkan panas dan uap pada BOILER. Uap ini kemudian dipergunakan untuk memutar turbin yang dikopelkan langsung dengan sebuah generator sinkron. Uap yang telah melalui turbin kemudian menjadi uap bertekanan dan bersuhu rendah. Uap ini kemudian dilewatkan melalui kondenser yang menyerap panas uap tersebut sehingga uap tersebut berubah menjadi air yang kemudian dipompakan kembali menuju boiler.
Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG)
Sebagaimana halnya Pusat Listrik Tenaga Diesel, PLTG merupakan mesin dengan proses pembakaran dalam (internal combustion). Bahan baker berupa minyak atau gas alam dibakar di dalam ruang pembakar (combustor). Udara yang memasuki kompresor setelah mengalami tekanan bersama-sama dengan bahan baker disemprotkan ke ruang pembakar untuk melakukan proses pembakaran. Gas panas sebagai hasil pembakaran ini kemudian bekerja sebagai fluida yang memutar roda turbin yang terkopel dengan generator sinkron.
Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)
Pada reactor air tekan (pressurized water reactor) terdapat dua rangkaian yang seolah-olah terpisah. Pada rangkaian pertama bahan baker uranium-235 yang diperkaya dan tersusun dalam pipa-pipa berkelompok, disundut untuk menghasilkan panas dalam reactor. Karena air dalam bejana penuh, maka tidak terjadi pembentukan uap, melainkan air menjadi panas dan bertekanan. Air panas yang bertekanan tersebut kemudian mengalir ke rangkaian kedua melalui suatu generator uap yang terbuat dari baja. Generator uap ini kemudian menghasilkan uap yang memutar turbin dan proses selanjutnya mengikuti siklus tertutup sebagaimana berlangsung pada turbin uap PLTU.
Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA)
Penggunaan tenaga air mungkin merupakan bentuk konversi energi tertua yang pernah dikenal manusia. Perbedaan vertical antara batas atas dengan batas bawah bendungan di mana terletak turbin air, dikenal sebagai tinggi terjun. Tinggi terjun ini mengakibatkan air yang mengalir akan memperoleh energi kinetic yang kemudian mendesak sudu-sudu turbin. Bergantung kepada tinggi terjun dan debit air, dikenal tiga macam turbin yaitu: Pelton, Francis dan Kaplan.
http://unilanet.unila.ac.id/~plgsekip/tle/

SISTEM TENAGA LISTRIK

asalam
1.1. Elemen Sistem Tenaga

Salah satu cara yang paling ekonomis, mudah dan aman untuk mengirimkan energi adalah melalui bentuk energi listrik. Pada pusat pembangkit, sumberdaya energi primer seperti bahan baker fosil (minyak, gas alam, dan batubara), hidro, panas bumi, dan nuklir diubah menjadi energi listrik. Generator sinkron mengubah energi mekanis yang dihasilkan pada poros turbin menjadi energi listrik.

Melalui transformator penaik tegangan (step-up transformer), energi listrik ini kemudian dikirimkan melalui saluran transmisi bertegangan tinggi menuju pusat-pusat beban. Peningkatan tegangan dimaksudkan untuk mengurangi jumlah arus yang mengalir pada saluran transmisi yang dengan demikian berarti rugi-rugi panas (heat-loss) I2R dapat dikurangi. Ketika saluran transmisi mencapai pusat beban, tegangan tersebut kembali diturunkan menjadi tegangan menengah, melalui transformator penurun tegangan (step-down transformer).
Di pusat-pusat beban yang terhubung dengan saluran distribusi, energi listrik ini diubah menjadi bentuk-bentuk energi terpakai lainnya seperti energi mekanis (motor), penerangan, pemanas, pendingin, dan sebagainya.

Satuan listrik :

Arus listrik (I) => ampere

Tegangan listrik (V) = beda potensial => volt

Tahanan (R) = resistansi => ohm

Reaktansi (X)=> ohm

Impedansi (Z)= R ± jX => ohm

Daya (S) = P ± jQ => volt ampere

Daya aktif (P) => watt

Daya reaktif (Q) => volt ampere reaktif

Energi (E) => watt-hour (watt-jam)

Faktor daya (cos j) => tidak ada satuan

1.2.Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU)

Pembangkit listrik jenis ini memanfaatkan bahan bakar minyak, gas alam, atau batubara untuk membangkitkan panas dan uap pada BOILER. Uap ini kemudian dipergunakan untuk memutar turbin yang dikopelkan langsung dengan sebuah generator sinkron. Uap yang telah melalui turbin kemudian menjadi uap bertekanan dan bersuhu rendah. Uap ini kemudian dilewatkan melalui kondenser yang menyerap panas uap tersebut sehingga uap tersebut berubah menjadi air yang kemudian dipompakan kembali menuju boiler.

1.3.Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG)

Sebagaimana halnya Pusat Listrik Tenaga Diesel, PLTG merupakan mesin dengan proses pembakaran dalam (internal combustion). Bahan baker berupa minyak atau gas alam dibakar di dalam ruang pembakar (combustor). Udara yang memasuki kompresor setelah mengalami tekanan bersama-sama dengan bahan baker disemprotkan ke ruang pembakar untuk melakukan proses pembakaran. Gas panas sebagai hasil pembakaran ini kemudian bekerja sebagai fluida yang memutar roda turbin yang terkopel dengan generator sinkron.

1.4. Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)
Pada reactor air tekan (pressurized water reactor) terdapat dua rangkaian yang seolah-olah terpisah. Pada rangkaian pertama bahan baker uranium-235 yang diperkaya dan tersusun dalam pipa-pipa berkelompok, disundut untuk menghasilkan panas dalam reactor. Karena air dalam bejana penuh, maka tidak terjadi pembentukan uap, melainkan air menjadi panas dan bertekanan. Air panas yang bertekanan tersebut kemudian mengalir ke rangkaian kedua melalui suatu generator uap yang terbuat dari baja. Generator uap ini kemudian menghasilkan uap yang memutar turbin dan proses selanjutnya mengikuti siklus tertutup sebagaimana berlangsung pada turbin uap PLTU.

1.5.Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA)

Penggunaan tenaga air mungkin merupakan bentuk konversi energi tertua yang pernah dikenal manusia. Perbedaan vertical antara batas atas dengan batas bawah bendungan di mana terletak turbin air, dikenal sebagai tinggi terjun. Tinggi terjun ini mengakibatkan air yang mengalir akan memperoleh energi kinetic yang kemudian mendesak sudu-sudu turbin. Bergantung kepada tinggi terjun dan debit air, dikenal tiga macam turbin yaitu: Pelton, Francis dan Kaplan.

2.DASAR ELEKTROMEKANIK

2.1.Konversi Energi Elektromekanik

Konversi energi baik dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya dari energi mekanik menjadi energi listrik (generator) berlangsung melalui medium medan magnet. Energi yang akan diubah dari satu system ke system lainnya, sementara akan tersimpan pada medium medan magnet untuk kemudian dilepaskan menjadi energi system lainnya. Dengan demikian, medan magnet di sini selain berfungsi sebagai tempat penyimpanan energi juga sekaligus sebagai medium untuk mengkopel perubahan energi.
Dengan mengingat hukum kekekalan energi, proses konversi energi elektromekanik dapat dinyatakan sebagai berikut (untuk motor):
(Energi Listrik sebagai input) = (Energi Mekanik sebagai output + Energi panas) + (Energi pada medan magnet dan rugi-rugi magnetic)
atau dalam persamaan differensial, konversi energi dari elektris ke mekanis adalah sebagai berikut:

dWE = dWM + dWF

Ini hanya berlaku ketika proses konversi energi sedang berlangsung pada keadaan dinamis yang transient. Untuk keadaan tunak, dimana fluks merupakan harga yang konstan, maka

dWF = 0

dWE = dWM

2.2.Gaya Gerak Listrik

Apabila sebuah konduktor digerakkan tegak lurus sejauh ds memotong suatu medan magnet dengan kerapatan fluks B, maka perubahan fluks pada konduktor dengan panjang efektif l adalah:

df = B l ds

Dari Hukum Faraday diketahui bahwa gaya gerak listrik (ggl)

E = df/dt

Maka e = B l ds/dt; dimana ds/dt = v = kecepatan

Jadi, e = B l v

2.3.Kopel

Arus listrik I yang dihasilkan di dalam suatu medan magnet dengan kerapatan fluks B akan menghasilkan suatu gaya F sebesar:

F = B I l

Jika jari-jari rotor adalah r, maka kopel yang dibangkitkan adalah

T = F r

Perlu diingat bahwa saat gaya F dibangkitkan, konduktor bergerak di dalam medan magnet da seperti diketahui akan menimbulkan gaya gerak listrik yang merupakan reaksi (lawan) terhadap tegangan penyebabnya. Agar proses konversi energi listrik menjadi energi mekanik (motor) dapat berlangsung, tegangan sumber harus lebih besar daripada gaya gerak listrik lawan.

Begitu pula, suatu gerak konduktor di dalam medan magnet akan membangkitkan tegangan e = B l V dan bila dihubungkan dengan beban, akan mengalir arus listrik I atau energi mekanik berubah menjadi energi listrik (generator). Arus listrik yang mengalir pada konduktor tadi merupakan medan magnet pula dan akan berinteraksi dengan medan magnet yang telah ada (B). Interaksi medan magnet merupakan gaya reaksi (lawan) terhadap gerak mekanik yang diberikan. Agar konversi energi mekanik ke energi listrik dapat berlangsung, energi mekanik yang diberikan haruslah lebih besar dari gaya reaksi tadi.

2.4.Mesin Dinamik Elementer

Pada umumnya mesin dinamik terdiri atas bagian yang berputar disebut rotor dan bagian yang diam disebut stator. Di antara rotor dan stator terdapat celah udara. Stator merupakan kumparan medan yang berbentuk kutub sepatu dan rotor merupakan kumparan jangkar dengan belitan konduktor yang saling dihubungkan ujungnya (lihat gambar) untuk mendapatkan tegangan induksi (ggl).

Jika kumparan rotor diputar dengan arah berlawanan dari arah jarum jam, tegangan akan dibangkitkan dengan arah yang berlawanan pada kedua ujung rotor yang tidak dihubungkan.
Simulasi mesin dinamis (generator) dapat dilihat pada situs ini.

http://www.sciencejoywagon.com/physicszone/lesson/otherpub/wfendt/generatorengl.htm

2.5.Interaksi Medan Magnet

Kerja suatu mesin dinamis dapat juga dilihat dari segi adanya interaksi antar medan magnet stator dan rotor, yaitu:

F = B I l

Seperti diketahui, arus listrik (I) pada persamaan di atas akan menimbulkan fluks juga di sekitar konduktor yang dilalui. Bila kerapatan fluks akibat arus listrik dinyatakan dengan Bs (pada stator), sedang kerapatan fluks akibat kumparan medan adalah Br (pada rotor), maka dapat dituliskan:

T = K Br Bs sin d

Dimana

d adalah sudut antara kedua sumbu medan magnet Br dan Bs

K adalah konstanta l x r

Sudut d dikenal sebagai sudut kopel atau sudut daya dengan harga maksimum d = 90o. Dengan menganggap Br dan Bs sebagai fungsi arus rotor dan arus stator, persamaan kopel menjadi:

T = K Ir Is sin d

Dengan demikian, kopel terjadi sebagai interaksi antara dua medan magnet atau dua arus.

2.6.Derajat Listrik

Pada setiap satu kali putaran mesin, tegangan induksi yang ditimbulkan sudah menyelesaikan p/2 kali putaran. Maka untuk mesin 4 kutub, satu kali putaran mekanik mesin (360o) berarti sama dengan dua kali putaran listrik (720o). Persamaan umumnya adalah sebagai berikut:

qe = (p/2) qm

p = jumlah kutub mesin

qe = sudut listrik

qm = sudut mekanik


2.7.Frekuensi

Dari persamaan di atas, diketahui bahwa untuk setiap satu siklus tegangan listrik yang dihasilkan, mesin telah menyelesaikan p/2 kali putaran. Karena itu frekuensi gelombang tegangan adalah:

f = (p/2) (n/60)

n = rotasi per menit

n/60 = rotasi perdetik

Kecepatan sinkron untuk mesin arus bolak-balik lazim dinyatakan dengan

ns = 120 (f/p)

Jadi misalnya untuk generator sinkron yang bekerja dengan frekuensi 50 putaran per detik dan mempunyai jumlah kutub p=2, maka kecepatan berputar mesin tersebut adalah:

ns = (120 x 50)/2 = 3000 rpm.

Sumber lainnya tentang elektromagnetik:

http://www.physics.uiowa.edu/~umallik/adventure/induction.htm

3.MOTOR INDUKSI

Motor induksi merupakan motor arus bolak balik (ac) yang paling luas penggunaannya. Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa arus rotor motor ini bukan diperoleh dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relative antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan oleh arus stator.

Belitan stator yang dihubungkan dengan suatu sumber tegangan tiga fasa akan menghasilkan medan magnet yang berputar dengan kecepatan sinkron (ns = 120f/2p). Medan putar pada stator tersebut akan memotong konduktor-konduktor pada rotor, sehingga terinduksi arus; dan sesuai dengan Hukum Lentz, rotor pun akan ikut berputar mengikuti medan putar stator.

Perbedaan putaran relative antara stator dan rotor disebut slip. Bertambahnya beban, akan memperbesar kopel motor, yang oleh karenanya akan memperbesar pula arus induksi pada rotor, sehingga slip antara medan putar stator dan putaran rotor pun akan bertambah besar. Jadi , bila beban motor bertambah, putaran rotor cenderung menurun. Dikenal dua tipe motor induksi yaitu motor induksi dengan rotor belitan dan rotor sangkar.

3.1. Medan Putar

Sumber : http://www.tpub.com/doeelecscience/electricalscience2144.htm

Sebelum kita membahas bagaimana rotating magnetic field (medan putar) menyebabkan sebuah motor berputar, marilah kita tinjau bagaimana medan putar ini dihasilkan. Gambar berikut menunjukkan sebuah stator tiga fasa dengan suplai arus bolak balik tiga fasa pula.

Belitan stator terhubung wye (Y). Dua belitan pada masing-masing fasa dililitkan dalam arah yang sama. Sepanjang waktu, medan magnet yang dihasilkan oleh setiap fasa akan tergantung kepada arus yang mengalir melalui fasa tersebut. Jika arus listrik yang melalui fasa tersebut adalah nol (zero), maka medan magnet yang dihasilkan akan nol pula. Jika arus mengalir dengan harga maksimum, maka medan magnet berada pada harga maksimum pula. Karena arus yang mengalir pada system tiga fasa mempunyai perbedaan 120o, maka medan magnet yang dihasilkan juga akan mempunyai perbedaan sudut sebesar 120o pula.

Ketiga medan magnet yang dihasilkan akan membentuk satu medan, yang akan beraksi terhadap rotor. Untuk motor induksi, sebuah medan magnet diinduksikan kepada rotor sesuai dengan polaritas medan magnet pada stator. Karenanya, begitu medan magnet stator berputar, maka rotor juga berputar agar bersesuaian dengan medan magnet stator.

sumber:http://gustafparlindungan.blogspot.com