VIENIDMY Masuk Mulai latihan

Beranda › Materi › Teknisi Listrik Kelas 1 第一種電気工事士 (ujian tertulis)

Teori Distribusi Daya, Perbaikan Faktor Daya & Arus Hubung Singkat

Teknisi Listrik Kelas 1 第一種電気工事士 (ujian tertulis) · 第一種電気工事士(学科試験) · Disusun oleh Tokutei Pass berdasarkan materi resmi; tidak disalin kata per kata.

Jatuh Tegangan Saluran 3 Fasa 3 Kawat TM/TR (Resistansi r dan Reaktansi x) serta Beban Banyak Titik

Soal 6 sampai Soal 9 pada ujian Teknisi Listrik Kelas 1 adalah soal hitungan "Teori Distribusi Daya dan Perancangan Pengawatan". Pada Kelas 2 reaktansi kawat x diabaikan, tetapi pada saluran tegangan tinggi Kelas 1, baik resistansi r (Ω) maupun reaktansi induktif x (Ω) per kawat wajib diperhitungkan.

Pada saluran 3 fasa 3 kawat (arus saluran I, faktor daya beban cosθ, faktor reaktif tertinggal sinθ), jatuh tegangan antar-saluran ΔV (V) dihitung dengan rumus "ΔV = Vs − Vr = √3 × I × (r × cosθ + x × sinθ)". Untuk saluran 1 fasa 2 kawat, koefisiennya bukan √3 melainkan 2: "ΔV = 2 × I × (r × cosθ + x × sinθ)".

Selain itu, pada sistem 3 fasa 4 kawat (seperti 400V/230V) yang menyuplai beban 3 fasa seimbang, tidak ada arus yang mengalir di kawat netral, sehingga jatuh tegangan per kawat (jatuh tegangan fasa) adalah "I × r", dan jatuh tegangan antar-saluran sama seperti 3 fasa 3 kawat yaitu "√3 × I × r".

Pada rangkaian beban banyak titik di mana beban terhubung di titik tengah B dan titik ujung C, perhatikan bahwa segmen dari sumber ke titik B dialiri arus gabungan "arus B + arus C"; hitung jatuh tegangan tiap segmen secara terpisah lalu jumlahkan.

Jatuh Tegangan Saluran 3 Fasa 3 Kawat TM/TR (Resistansi r dan Reaktansi x) serta Beban Banyak Titik

Poin penting


  • Jatuh tegangan antar-saluran 3 fasa 3 kawat yang mencakup reaktansi x adalah "ΔV = √3 × I × (r × cosθ + x × sinθ) (V)".

  • Gunakan perbandingan 3 : 4 : 5 untuk berhitung cepat: saat cosθ = 0,8 maka sinθ = 0,6; saat cosθ = 0,6 maka sinθ = 0,8.

  • Pada saluran distribusi bercabang di tengah, segmen sisi sumber dialiri jumlah seluruh arus beban di hilir; jumlahkan jatuh tegangan tiap segmen.

  • Contoh: Saluran tegangan tinggi 3 fasa 3 kawat dengan resistansi 1 kawat r = 0,6Ω, reaktansi x = 0,8Ω, arus saluran I = 50A, faktor daya cosθ = 0,8 (sinθ = 0,6) → Jatuh tegangan ΔV = 1,73 × 50 × (0,6 × 0,8 + 0,8 × 0,6) = 86,5 × 0,96 ≈ 83V
KosakataArti
jatuh tegangan (ΔV)
reaktansi saluran (x)
faktor reaktif (sinθ)
sistem distribusi 3 fasa 4 kawat

Arus Kawat Netral Beda Faktor Daya, Putusnya Kawat Netral 1P3W dan Rugi Daya Saluran

Pada rangkaian 1 fasa 3 kawat (seperti 210V/105V), apabila beban atas A dan beban bawah B memiliki faktor daya berbeda (misalnya sisi atas beban kumparan cosθ = 0,5 dan sisi bawah beban resistif cosθ = 1,0), arus kawat netral IN bukanlah pengurangan biasa (IA − IB).

Apabila arus atas IA dan arus bawah IB memiliki besar yang sama yaitu I dengan beda fasa 60 derajat (cos60° = 0,5), berdasarkan hubungan segitiga sama sisi pada diagram vektor, arus vektor selisih IN yang mengalir di kawat netral memiliki besar yang persis sama dengan arus I (IN = I).

Selain itu, bila kawat netral pada rangkaian 1 fasa 3 kawat terputus, beban 105V atas dan bawah RA serta RB akan terhubung seri langsung pada tegangan 210V antar-kawat luar. Akibatnya, sebagian besar tegangan 210V terbagi ke beban yang nilai hambatannya lebih besar (daya W lebih kecil), memicu kerusakan akibat tegangan lebih.

Pada perhitungan rugi daya saluran Pl (W) yang sering keluar di Soal 7, hitung balik dahulu arus saluran I dari daya beban P (W) dan faktor daya cosθ. Pada sistem 3 fasa 3 kawat, substitusikan "I = P ÷ (√3 × V × cosθ)" ke rumus rugi 3 kawat "Pl = 3 × I² × r", menghasilkan "Pl = (P² × r) ÷ (V² × cos²θ)".

Poin penting


  • Pada 1 fasa 3 kawat dengan sisi atas cosθ = 0,5 (tertinggal) dan sisi bawah cosθ = 1,0 serta besar arus sama-sama I, beda fasa 60° membuat arus kawat netral IN juga bernilai "I".

  • Jika kawat netral 1 fasa 3 kawat putus, tegangan 210V terbagi ke beban atas dan bawah sebanding rasio hambatan, sehingga peralatan berhambatan besar terkena tegangan lebih ekstrem.

  • Rugi daya saluran Pl ke beban berfaktor daya cosθ berbanding terbalik dengan "cos²θ" karena arus "I = P ÷ (V × cosθ)" berbanding terbalik dengan cosθ.

  • Contoh: Sistem 1 fasa 3 kawat (100V/200V, resistansi 1 kawat r = 0,2Ω) dengan beban atas dan bawah sejenis masing-masing 100V, 1,6kW, cosθ = 0,8 → Arus saluran I = 1.600 ÷ (100 × 0,8) = 20A, arus netral 0 A, rugi daya total saluran Pl = 2 × 20² × 0,2 = 160W
KosakataArti
arus kawat netral (IN)
tegangan lebih akibat putusnya kawat netral
rugi daya saluran (Pl)
penjumlahan vektor

Kapasitor Daya Tegangan Tinggi (SC), Reaktor Seri (SR) dan Perbaikan Faktor Daya

Karena motor induksi di pabrik dan gedung beroperasi pada faktor daya tertinggal (lagging), "kapasitor daya tegangan tinggi (SC)" dipasang paralel pada gardu penerima untuk menyuplai daya reaktif mendahului (leading) dan mendekatkan faktor daya total cosθ ke 1 (100%).

Saat 3 kapasitor berkapasitansi C (F) per fasa dihubungkan "bintang (Y)" ke sumber 3 fasa bertegangan saluran V (V) dan frekuensi f (Hz), karena tegangan fasa adalah V ÷ √3, arus pengisiannya adalah "I = (2πfCV) ÷ √3 (A)" dan daya reaktif 3 fasa (kapasitas) adalah "Q = √3 × V × I = 2πfCV² (var)" (jika hubungan Δ, baik I maupun Q menjadi 3 kali lipat).

Apabila kapasitor hubungan Y (reaktansi kapasitif XC) dipasang seri dengan "reaktor seri (SR: reaktansi induktif XL)" untuk meredam harmonisa, reaktansi gabungan per fasa berkurang menjadi "XC − XL", sehingga kapasitas 3 fasa Q peralatan menjadi "Q = V² ÷ (XC − XL) (var)".

Selanjutnya, pada soal mencari daya semu gabungan S (kVA) saat beban resistif (cosθ = 1,0) atau kapasitor ditambahkan pada beban P (kW), hitung terpisah jumlah daya aktif "ΣP (kW)" dan jumlah daya reaktif "ΣQ (kvar)", lalu gabungkan dengan teorema Pythagoras "S = √((ΣP)² + (ΣQ)²) (kVA)".

Kapasitor Daya Tegangan Tinggi (SC), Reaktor Seri (SR) dan Perbaikan Faktor Daya

Poin penting


  • Kapasitor 3 fasa hubungan Y (kapasitas 1 fasa C) memiliki arus "I = 2πfCV ÷ √3 (A)" dan kapasitas 3 fasa "Q = 2πfCV² (var)".

  • Saat kapasitor hubungan Y (XC) dipasang seri dengan reaktor seri (XL), kapasitas 3 fasanya adalah "Q = V² ÷ (XC − XL) (var)".

  • Daya semu gabungan S (kVA) dari beberapa beban dihitung dari jumlah daya aktif ΣP dan jumlah daya reaktif ΣQ dengan "S = √((ΣP)² + (ΣQ)²)".

  • Contoh: Beban berdaya aktif 90kW dan daya reaktif tertinggal 120kvar ditambah pemanas listrik 70kW berfaktor daya 1,0 → Total daya aktif ΣP = 90 + 70 = 160kW, total daya reaktif ΣQ = 120kvar, daya semu gabungan S = √(160² + 120²) = 200kVA
KosakataArti
kapasitor daya tegangan tinggi (SC)
reaktor seri (SR)
daya reaktif (kvar) dan daya semu (kVA)
perbaikan faktor daya

Perhitungan Persen Impedansi (%Z) dan Arus Hubung Singkat 3 Fasa (Is)

Tema terpenting yang selalu muncul pada Soal 8 adalah "persen impedansi (%Z)" dan "arus hubung singkat 3 fasa Is". Pemutus sirkit (seperti VCB) pada gardu penerima tegangan tinggi wajib memiliki kapasitas pemutusan yang mampu memutus arus besar Is secara aman saat terjadi hubung singkat 3 fasa di titik terima.

Bila tegangan saluran pengenal Vn (V), arus pengenal In (A), kapasitas pengenal (kapasitas dasar) Pn = √3VnIn (VA), dan impedansi per fasa Z (Ω), maka persentase jatuh tegangan impedansi InZ terhadap tegangan fasa Vn ÷ √3 disebut "%Z".

Jika disederhanakan, rumusnya menjadi "%Z = (√3 × In × Z ÷ Vn) × 100 = (Pn × Z ÷ Vn²) × 100 (%)". Apabila ingin mengonversi %ZA yang berbasis kapasitas PA (kVA) ke kapasitas dasar lain PB (misalnya 10MVA = 10.000kVA), kalikan sebanding dengan kapasitasnya: "%ZB = %ZA × (PB ÷ PA)".

Setelah persen impedansi gabungan %Z (%) sampai titik terima diketahui, arus hubung singkat 3 fasa Is (A) adalah "100 ÷ %Z kali" arus pengenal In, yaitu "Is = (100 ÷ %Z) × In (A)". Khususnya pada kapasitas dasar 10MVA (10.000kVA) dan tegangan saluran V (kV), berlaku "Is = 1.000 ÷ (√3 × V × Z) (kA)".

Perhitungan Persen Impedansi (%Z) dan Arus Hubung Singkat 3 Fasa (Is)

Poin penting


  • Rumus definisi persen impedansi adalah "%Z = (√3 × In × Z ÷ Vn) × 100 = (Pn × Z ÷ Vn²) × 100 (%)".

  • Rumus konversi untuk menyamakan kapasitas dasar dari PA ke PB adalah mengalikan rasio kapasitas: "%ZB = %ZA × (PB ÷ PA)".

  • Arus hubung singkat 3 fasa Is dihitung dengan "Is = (100 ÷ %Z) × In (A)", dan arus pemutusan pengenal CB harus dipilih lebih besar dari Is.

  • Contoh: Pada kapasitas dasar 10MVA, sisi sumber memiliki %Z1 = 3,0%, dan transformator 500kVA (0,5MVA) memiliki %Z2 = 4,0% berbasis kapasitas sendiri → %Z2' transformator pada basis 10MVA = 4,0 × (10 ÷ 0,5) = 80%, total %Z = 3,0 + 80 = 83%
KosakataArti
persen impedansi (%Z)
kapasitas dasar (10MVA)
arus hubung singkat 3 fasa (Is)
kapasitas pemutusan

Faktor Kebutuhan, Faktor Diversitas, Faktor Beban dan Pengaturan Tegangan Tap Transformator

Untuk merancang kapasitas transformator gardu penerima secara ekonomis, digunakan 3 indikator yaitu "faktor kebutuhan", "faktor diversitas", dan "faktor beban", karena seluruh peralatan beban jarang beroperasi 100% penuh secara bersamaan.

"Faktor kebutuhan (%)" adalah rasio daya kebutuhan maksimum terhadap total kapasitas peralatan terpasang, sehingga "Daya kebutuhan maksimum = Total kapasitas terpasang × Faktor kebutuhan". Faktor kebutuhan umumnya bernilai 100% atau kurang.

"Faktor diversitas (不等率)" menyatakan tingkat pergeseran waktu puncak antar-kelompok beban, didefinisikan sebagai "Faktor diversitas = Jumlah daya kebutuhan maksimum tiap beban ÷ Daya kebutuhan maksimum gabungan" (selalu 1,0 atau lebih). Sedangkan "faktor beban (%)" adalah "Daya kebutuhan rata-rata ÷ Daya kebutuhan maksimum × 100".

Sementara itu, transformator penerima tegangan tinggi dilengkapi "tap (terminal pengatur lilitan: 6.750V, 6.600V, 6.450V, 6.300V, dll.)" pada belitan induksi primer. Karena tegangan sekunder V2 berbanding terbalik dengan tegangan tap primer Vt, menurunkan tap primer dari 6.600V ke 6.300V akan menaikkan tegangan sekunder sebesar "6.600 ÷ 6.300 kali".

Poin penting


  • Daya kebutuhan maksimum gabungan dihitung dengan "Jumlah (Kapasitas terpasang × Faktor kebutuhan) ÷ Faktor diversitas" (faktor diversitas selalu ≥ 1).

  • Faktor beban (%) adalah "Daya kebutuhan rata-rata ÷ Daya kebutuhan maksimum × 100", yang menunjukkan seberapa rata peralatan digunakan.

  • Mengubah tegangan tap primer transformator dari Vt1 ke Vt2 akan mengubah tegangan sekunder V2 secara berbanding terbalik: "V2' = V2 × (Vt1 ÷ Vt2)".

  • Contoh: Transformator yang tegangan sekundernya 200V pada tap primer 6.600V dipindahkan ke tap primer 6.300V → Tegangan sekunder baru V2' = 200 × (6.600 ÷ 6.300) ≈ 210V (naik sekitar 10V)
KosakataArti
faktor kebutuhan dan daya kebutuhan maksimum
faktor diversitas (1,0 atau lebih)
faktor beban dan daya kebutuhan rata-rata
tegangan tap transformator

Perhitungan Tegangan Horizontal Kawat Tupang, Desain Sirkit Cabang TR dan Tegangan ke Tanah Saat Gangguan Tanah Penuh

Pada Soal 9 sering keluar perhitungan "tegangan tarik kawat tupang (guy wire)" penahan tiang listrik, "ukuran dan panjang kawat sirkit cabang" dari saluran induk TR, atau "tegangan ke tanah pada selungkup logam" saat terjadi gangguan tanah penuh di sisi TR.

Tegangan tarik arah horizontal maksimum T yang mampu ditahan oleh kawat tupang (kuat tarik TS, faktor keamanan K) yang dipasang membentuk sudut θ (sering keluar 30°) terhadap tiang listrik dihitung dengan mengalikan tegangan izin "TS ÷ K" dengan "sinθ": "T = (TS ÷ K) × sinθ" (sin30° = 0,5).

Saat mencabangkan sirkit dari saluran induk TR yang dilindungi pemutus arus lebih berarus pengenal IB, pada prinsipnya pemutus dipasang maksimal 3m dari titik cabang; namun jika arus izin kawat cabang Iw "minimal 35% dari IB boleh sampai 8m", dan jika "minimal 55% dari IB tidak ada batas panjang".

Selain itu, pada rangkaian sekunder transformator (tegangan saluran V = 210V, dll.) yang salah satu kawatnya diberi pembumian Kelas B (RB) dan selungkup logam peralatan beban diberi pembumian Kelas D (RD), bila kawat tak-dibumikan mengalami gangguan tanah penuh ke selungkup, tegangan ke tanah selungkup VA menjadi pembagian tegangan pada RD: "VA = V × RD ÷ (RB + RD) (V)".

Poin penting


  • Tegangan horizontal maksimum T yang dapat ditahan kawat tupang bersudut θ terhadap tiang adalah "T = (Kuat tarik TS ÷ Faktor keamanan K) × sinθ" (sin30° = 0,5).

  • Jarak cabang dari pemutus saluran induk IB: prinsipnya ≤ 3m; bila arus izin "Iw ≥ 0,35 × IB maka ≤ 8m", bila "Iw ≥ 0,55 × IB maka tanpa batas".

  • Saat terjadi gangguan tanah penuh ke selungkup (resistansi tanah RD) pada rangkaian sekunder V (V), tegangan ke tanah selungkup adalah "VA = V × RD ÷ (RB + RD) (V)".

  • Contoh: Tegangan sekunder V = 210V, resistansi pembumian Kelas B RB = 10Ω, resistansi pembumian Kelas D RD = 40Ω mengalami gangguan tanah penuh ke selungkup → Tegangan ke tanah selungkup VA = 210 × 40 ÷ (10 + 40) = 168V (jangan menaruh RB sebagai pembilang sehingga menjadi 42V!)
KosakataArti
tegangan horizontal kawat tupang dan faktor keamanan
aturan pencabangan saluran induk 3m dan 8m
gangguan tanah penuh dan tegangan ke tanah
arus izin (Iw)

Poin yang Sering Keluar di Ujian & Cara Menghafal

Pada Soal 6 tentang rangkaian 1 fasa 3 kawat, jika muncul soal "faktor daya sisi atas cosθ = 0,5, faktor daya sisi bawah cosθ = 1,0, dan arus atas maupun bawah sama-sama sebesar I (A)", tanpa perlu menghitung pun arus kawat netral IN pasti bernilai "I (A) itu sendiri" (misalnya bila sama-sama 20A maka kawat netral juga 20A karena membentuk segitiga sama sisi 60 derajat).

Pada Soal 7 tentang rumus aljabar rugi daya saluran 3 fasa 3 kawat, bila arus 1 kawat "I = P ÷ (√3Vcosφ)" disubstitusikan ke "Pl = 3I²r", angka 3 pada pembilang dan (√3)² = 3 pada penyebut saling menghilangkan dengan rapi, menyisakan rumus sederhana tanpa koefisien: "Pl = P²r ÷ (V²cos²φ)".

Pada Soal 8 dan 9, rumus arus hubung singkat 3 fasa "Is = (100 ÷ %Z) × In", kapasitas kapasitor tegangan tinggi hubungan Y "Q = 2πfCV²", serta kapasitas dengan reaktor seri "Q = V² ÷ (XC − XL)" telah berulang kali keluar persis sama dalam soal ujian terdahulu—hafalkan di luar kepala.

Poin penting


  • Jatuh tegangan 3 fasa 3 kawat: "ΔV = √3 × I × (r × cosθ + x × sinθ)"; Rugi daya 3 fasa: "Pl = 3I²r = P²r ÷ (V²cos²φ)".

  • Persen impedansi dan arus hubung singkat: "%Z = (Pn × Z ÷ Vn²) × 100", arus hubung singkat 3 fasa "Is = (100 ÷ %Z) × In".

  • Kapasitor TM hubungan Y: "I = 2πfCV ÷ √3 (A)" dan "Q = 2πfCV² (var)"; bila memakai SR maka "Q = V² ÷ (XC − XL) (var)".

  • Faktor kebutuhan, diversitas, beban: Kebutuhan maks = Kapasitas terpasang × Faktor kebutuhan; Maks gabungan = Jumlah maks ÷ Faktor diversitas; Rata-rata = Maks × Faktor beban.

  • Tegangan ke tanah selungkup saat gangguan tanah penuh: "VA = V × RD ÷ (RB + RD)" (pembilang wajib berupa resistansi pembumian Kelas D di sisi selungkup RD).
KosakataArti
vektor segitiga sama sisi (beda fasa 60°)
rumus rugi transmisi 3 fasa (P²r ÷ V²cos²φ)
konversi kapasitas dasar
tegangan gangguan tanah melalui pembagian tegangan

Distribusi Daya & Desain Pengawatan

Latihan soal bab ini di aplikasi

Referensi resmi

Zalo