Fenomena Frekwensi Listrik

Berbicara mengenai frekwensi listrik tidak lepas dari analisa dari pembangkit listrik/generator, karena sumbernya dari situ.

Frekwensi sebenarnya adalah karakteristik dari tegangan yg dihasilkan oleh generator. Jadi kalau dikatakan frekwensi 50 hz, maksudnya tegangan yg dihasilkan suatu generator berubah-ubah nilainya terhadap waktu, nilainya berubah secara berulang-ulang sebanyak 50 cycle setiap detiknya. jadi tegangan dari nilai nol ke nilai maksimum (+) kemudian nol lagi dan kemudian ke nilai maksimum tetapi arahnya berbalik (-) dan kemudian nol lagi dst (kalau digambarkan secara grafik akan membentuk gelombang sinusoidal) dan ini terjadi dalam waktu yg cepat sekali, 50 cycle dalam satu detik. Jadi kalau kita perhatikan beban listrik seperti lampu, sebenarnya sudah berulang kali tegangan nya hilang (alias nol) tapi karena terjadi dalam waktu yg sangat cepat maka lampu tersebut tetap hidup.

Jadi kalau kita amati fenomena ini dan mencoba bereksperimen, coba kita buat seandainya kalau frekwensinya rendah, kita ambil yg konservatif misalnya 1 hz, apa yg terjadi maka setiap satu detik tegangan akan hilang dan barulah kelihatan lampu akan hidup-mati secara berulang-ulang seperti lampu flip-flop (lihat animasi disebelah kanan).

Dari analisa diatas kita bisa tarik kesimpulan bahwa untuk kestabilan beban listrik dibutuhkan frekwensi yg tinggi supaya tegangan menjadi benar-benar halus (tidak terasa hidup-matinya). Nah sekarang timbul pertanyaan kenapa 50 hz atau 60 hz kenapa gak dibuat saja yg tinggi sekalian 100 hz atau 1000 hz biar benar-benar halus. untuk memahami ini terpaksa kita harus menelusuri analisa sampai ke generatornya. Tegangan yg berfrekwensi ini yg biasa disebut juga tegangan bolak-balik (alternating current) atau VAC, frekwensinya sebanding dengan putaran generator. Secara formula N = 120f/P
N = putaran (rpm)
f = frekwensi (hz)
P = jumlah pasang kutub generator, umumnya P = 2

Dengan menggunakan rumus diatas, untuk menghasilkan frekwensi 50 hz maka generator harus diputar dengan putaran N = 3000 rpm, dan untuk menghasilkan frekwensi 60 hz maka generator perlu diputar dengan putaran 3600 rpm, jadi semakin kencang kita putar generatornya semakin besarlah frekwensinya. Nah setelah itu apa masalahnya? kenapa gak kita putar saja generatornya dengan putaran super kencang biar menghasilkan frekwensi yg besar sehingga tegangan benar2 halus. Kalau kita ingin memutar generator maka kita membutuhkan turbine, semakin tinggi putaran yg kita inginkan maka semakin besarlah daya turbin yg dibutuhkan, dan selanjutnya semakin besarlah energi yg dibutuhkan untuk memutar turbin. Kalau sumber energinya uap maka makin banyaklah uap yg dibutuhkan, dan makin besar jumlah bahan bakar yg dibutuhkan, dst dst.

Para produsen generator maupun turbine tentunya mempunyai batasan dan tentunya setelah para produsen bereksperimen puluhan tahun dengan mempertimbangkan segala sudut teknis maka dibuatlah standard yangg 50 hz dan 60 hz itu, yg tentunya dinilai cukup efektif untuk kestabilan beban dan effisien dari sisi teknis maupun ekonomis. Eropa menggunakan 50 hz dan Amerika menggunakan 60 hz. Setelah adanya standarisasi maka semua peralatan listrik di desain mengikuti ketentuan ini. Jadi logikanya kalau 50 hz atau 60 hz saja sudah mampu membuat lampu tidak kelihatan kedap-kedip untuk apalagi dibuat frekwensi lebih tinggi yg akan memerlukan turbine super kencang dan sumber energi lebih banyak sehingga tidak efisien.

Baik tegangan maupun frekwensi dari generator bisa berubah-ubah besarnya berdasarkan range dari beban nol ke beban penuh. sering kita temui spesifikasi menyebutkan tegangan plus minus 10% dan frekwensi plus minus 5%. Ini artinya sistim supplai listrik/generator harus di desain pada saat beban penuh tegangan tidak turun melebihi 10% dan pada saat beban nol tegangan tidak naik melebihi 10%, begitu juga dengan frekwensi.

STAR DELTA

Bagi yang sering bekerja dengan motor listrik pastilah mengenal konfigurasi belitan star dan delta. Masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan atas lawannya. Ada baiknya yang berminat belajar untuk mengenalnya dan mengulangi bagi yang telah sering berinteraksi dengannya.

-STAR asalnya dari hubungan (connection) yg berbentuk bintang.
-DELTA asalnya dari hubungan yg berbentuk segi tiga.
Jadi, kalau diterjemahkan ke bahasa Indonesia menjadi Bintang-Segi tiga.
 

Fungsinya:
 
1.Untuk beban. 
Pada motor listrik besar yg biasanya berkabel 6 = UVW & XYZ, bila langsung dihubungkan Delta, maka arus awal pada saat start, akan sangat besar, bisa mencapai 6x label.
Dengan memakai system Star-Delta starter (memakai rangkaian yg dilengkapi dengan timer antara hubungan Star dan Delta), maka arus awal (Start) bisa diredam seminimal mungkin. Jadi fungsi Star Delta pada motor listrik adalah untuk meredam starting curent (Arus ampere pada saat start).
 
2.Untuk Sumber Daya. 
Sebuah Generator yg memiliki keluaran kabelnya 6 buah, dan disertai keterangan bisa 220V atau 380V bisa dipilih alternatif keluaran, berapa kebutuhkan tegangannya.

   Delta-wye, delta star, T-pi adalah istilah yang umum digunakan di dunia tiga fasa.

Berikut gambaran umum dari rangkaian star (kiri), belitan per fasa (tengah) dan delta (kanan) lengkap dengan konfigurasi koneksi motor yang sering ditemukan di lapangan.

belitan star delta

Dapat dilihat bahwa koneksi terminal motor diatur sedemikian rupa agar tidak repot dalam mengaktifkan jenis konfigurasi yang akan digunakan (star di sisi kiri dan delta di sisi kanan).

Belitan Star

Terkadang disebut dengan wye atau bintang dengan simbol Y. Jenis belitan ini memiliki karakter sebagai berikut:

1. Arus masing-masing belitan adalah sama dengan arus jala-jala
2. Tegangan masing-masing belitan adalah 1.73 (akar tiga) dari tegangan jala-jala
3. Fasilitas hubungan netral yang berperan untuk mengatasi masalah harmonisa
4. Jika digunakan sebagai belitan sekunder dengan delta primernya akan berperan sebagai penurun tegangan
5. Melanjutkan no. 4, trafo delta-star digunakan pada sistem distribusi yang menurunkan tegangan transmisi misal: 20kV menjadi 380V

Belitan Delta

1. Tegangan belitan adalah sama dengan tegangan jala-jala
2. Arus belitan adalah 1.73 dari arus jala-jala
3. Fasilitas hubungan Delta Terbuka jika ada perawatan salah satu belitan sehingga masih bisa beroperasi dengan kapasitas 87% dari dua belitan (Open Delta-Open Delta) misal: dua belitan total kapasitas = 25kVA + 25 kVA = 50 kVA maka waktu konfigurasi terbuka akan menjadi 0.87*50kVA = 43.5kVA atau 58% dari tiga belitan yang terbuka misal: masing-masing belitan 25kVA akan menghasilkan 3*25kVA = 75kVA sehingga jika salah satu belitan dihilangkan akan menjadi 0.58*75kVA = 43.5kVA.

Wiring Diagram Star Delta

Coba perhatikan lagi gambar hubung star delta di bawah ini:

gbr. wiring star dan delta

Rangkaian star delta ini diawali dengan hubung star terlebih dahulu, setelah itu baru terhubung delta. Penggambarannya sebagai berikut:

 

Penjelasan:

Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa wiring star delta menggunakan 3 buah kontaktor utama yang terdiri dari K1 (input utama) K2 (hubung star) dan K3 (hubung delta). Dan semua itu disebut juga RANGKAIAN UTAMA.


Pada gambar, ketika K1 dan K2 aktif atau berubah menjadi NC maka hubungan yang terjadi pada motor menjadi hubung star, dan ketika K2 menjadi NO maka K3 pada saat yang bersamaan menjadi NC. Dan perubahan ini menyebabkan rangkaian pada motor menjadi hubung delta.


Bagaimana kita membuat K1, K2 dan K3 bekerja secara otomatis merubah hubung motor menjadi star delta?

Perhatikan gambar dibawah ini: 

gbr. wiring diagram star delta

Gambar diatas adalah gambar wiring diagram star delta yang merupakan perpaduan antara interlock kontacktor dan fungsi No dan Nc dari timer. Perhatikan sekali lagi gambar di bawah ini, yang merupakan penjelasan dari gambar diatas.

gbr. penjelasan wiring diagram star delta

Pada kotak yang berwarna pink adalah wiring diagram dari interlock kontaktor, dan kotak yang berwarna hijau adalah kerja dan fungsi dari NO dan NC pada timer. Ketika tombol ON ditekan maka K1 akan bekerja, begitu juga T dan K2 (hubung star). Dalam hal ini K2 akan langsung bekerja karena terhubung pada NC dari T, disaat bersamaan T akan bekerja dan menghitung satuan waktu yang telah ditetapkan sebelumnya. Dimana setelah habis ketapan waktunya maka NCnya akan berubah menjadi NO begitu juga sebaliknya. Perubahan inilah yang dimanfaatkan untuk menghidupkan K3 (hubung delta). Dan wiring diagram tersebut dikenal juga sebagai Rangkaian pengendali.

Sebagai finalisasi wiring diagram star delta ini, maka saya tambahkan NC pada K2 dan K3 yang saling bertautan pada masing masing kontaktornya. Arus listrik akan mengalir terlebih dahulu pada NC K3 sebelum masuk koil K2, begitu juga sebaliknya. Hal ini semata-mata untuk menghindari terjadinya kedua kontaktor itu bekerja secara bersamaan bila terjadi hubung singkat, yang bisa menyebabkan kerusakan pada Rangkaian Utamanya, seperti pada gambar dibawah ini.

gbr. wiring rangkaian pengendali star delta

 

Semoga bermanfaat.