Sistem listrik tiga fasa: pembangkitan

 

Steam turbine generator(diambil dari senecasawmill.com)

  Selamat pagi, enjiner! Apa kabarnya hari ini? Semoga baik-baik saja, ya. Untuk beberapa post selanjutnya, mungkin saya akan masih memuat tulisan-tulisan yang berbau listrik. Pada tulisan ini saya hanya me-review tentang pembangkitan sebagai cikal-bakal munculnya sistem tiga fasa.

            Setiap teknisi dan enjiner rele(relay technician and relay engineer) harus mengerti dasar dari kelistrikan dan sistem tenaga listrik. Banyak orang sulit mengerti atau menggambarkan sistem listrik tiga fasa. Mengerti hubungan antar fasa bukan suatu hal yang penting untuk operasi rele tegangan/arus/frekuensi yang sederhana. Bagaimanapun juga, hal tersebut sangat penting ketika melakukan tes rele yang lebih kompleks. Pada tulisan ini akan dijelaskan secara ringkas beberapa summary mengenai kelistrikan tiga fasa.

            Hampir semua sistem tenaga listrik disuplai oleh generator-generator. Meskipun generator dapat beroperasi menggunakan penggerak bertenaga gas, diesel, uap, angin, air dan lain sebagainya, konstruksi generator yang sebenarnya sama saja. Sebuah rotor generator dimasukkan ke dalam tengah kutub-kutub stator yang terpasang pada pinggir sekeliling sebuah “lingkaran” generator. Rotor di situ adalah sebuah elektromagnet yang besar yang berotasi di dalam kutub-kutub stator  melalui  sebuah tenaga penggerak(prime mover)  yang dapat digerakkan oleh bahan bakar yang disebutkan sebelumnya. Tegangan generator ditentukan oleh jumlah kumparan yang terlilit pada setiap inti besi dalam kutub stator dan kekuatan medan magnet rotor.

             Umumnya pada sistem tenaga listrik, generator yang digunakan ada generator sinkron. Generator sinkron adalah mesin arus bolak-balik(Alternating Current atau AC) yang mempunyai sebuah sirkuit medan(field) yang disuplai oleh sebuah sumber eksternal arus searah(Direct Current atau DC). Sebagaimana rotor berputar dalam kutub-kutub stator, interaksi magnetis antara rotor dan stator tersebut menghasilkan tegangan. Interaksi magnetis rotor-stator dan tegangan tersebut bervariasi sebagaimana susunan rotor terhadap perubahan kutub. 

 

Gambar 1 Gelombang satu fasa sederhana generator

Pada gambar 1 menunjukan sebuah gelombang sinusoidal sederhana generator. Perhatikan aksis horizontal grafik sinusoidal sesuai dengan posisi rotor di dalam stator. Ketika kutub rotor bagian utara berinteraksi dengan kutub stator, tegangan yang terinduksi adalah positif dan kutub rotor bagian selatan menghasilkan tegangan negatif. 

        Hampir semua sistem tenaga listrik menggunakan sistem tegangan tiga fasa yang dibuat dengan menambahkan kutub-kutub tambahan  sekitar rotor dengan curam gelombang yang saling mendahului sehingga didapat gelombang yang lebih halus atau smooth.

 

Gambar 2 Sistem tiga fasa sederhana generator

 Tiga kutub tersebut disusun terpisah  dan membuat gelombang sinusoidal pada gambar 2. Rotor berinteraksi dengan lebih dari satu kutub secara bersamaan sehingga interaksi kutub utara dan selatan harus diperhatikan. Perhatikan aksis horizontal ditandai dalam derajat tetapi unit aksis tersebut juga dapat berupa waktu ketika kecepatan rotor digunakan sebagai acuan. Hampir semua penerapan tiga fasa di Indonesia  berotasi 50 siklus(cycles) per detik atau 50 hertz sebagaimana diilustrasikan pada gambar 2 sehingga satu siklus gelombang sinusoidal berdurasi 20 ms.

Gambar 3 Urutan fasa

Sistem tiga fasa dapat berupa rotasi searah jarum jam/clockwise(A-B-C) atau berlawan arah jarum jam/counterclockwise(A-C-B). Rotasi fasa dalam sistem dapat ditentukan dengan rotasi rotor atau posisi dari lilitan kawat. Ketika dua sistem berinterkoneksi(yang terhubung parallel), keduanya harus mempunyai rotasi fasa yang sama. Jika hal tersebut tidak dilakukan maka akan terjadi kerusakan pada peralatan yang ada di dua sistem tersebut. Tegangan dan arus harus mempunyai rotasi fasa yang sama jika tidak maka elemen proteksi tidak bekerja dengan benar. Ketika melihat gambar 3, maka membaca urutan fasanya dari kiri ke kanan dan pilih garis vertikal sebagai acuan. Perhatikan urutan mana puncak positifnya melewati acuan tersebut. A akan melewati acuan pertama kali yang kemudian disusul oleh B dan C sehingga rotasi ini disebut rotasi A-B-C.

Referensi:

The Relay Testing Handbook: Electrical Fundamentals for Relay Testing oleh Chris Werstiuk (Professional Engineer, Journeyman Power System Electrician, and Electrical Engineering Technologist)

Electrical Machinery and Power System Fundamentals oleh Stephen J. Chapman