Sabtu, 19 April 2014
frekwensi
Fenomena Frekuensi
Berikut ini kutipan artikel bagus yang saya kutipkan
dari pak Budhi (admin migas indonesia) semoga
ini semua bermanfaat bagi kita semua
Fenomena Frekwensi
(was:Listrik 60Hz atau 50)
Pembahasan - berlian syako
Wah lagi rame bahas frekwensi nich.
Saya pengen coba menganalisa fenomena
frekwensi ini dari sudut ilmu power engineering
sebagaimana bidang keilmuan saya. Berbicara
mengenai frekwensi tidak lepas dari analisa dari
pembangkit listrik/generator, karena sumbernya
dari situ. Bagi yg non electrical yg masih kurang
faham apa itu frekwensi saya coba kasih
gambaran disini. 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 tsb tetap hidup. Jadi
kalau kita amati fenomena ini dan mencoba
bereksperimen, coba kita buat seandainya kalau
frekwensinya rendah, kita ambil yg conservative
misalnya 1 hz, apa yg terjadi maka setiap satu
detik tegangan akan hilang dan barulah kelihatan
lampu akan hidup mati secara berulang2 seperti
lampu flip flop. Dari analisa diatas kita bisa tarik
kesimpulan bahwa untuk kestabilan beban listrik
dibutuhkan frekwensi yg tinggi supaya tegangan
menjadi benar2 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 benar2 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 kutub generator, umumnya P = 4
dengan menggunakan rumus diatas, untuk
menghasilkan frekwensi 50 hz maka generator
harus diputar dengan putaran N = 1500 rpm, dan
untuk menghasilkan frekwensi 60 hz maka
generator perlu diputar dengan putaran 1800 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 yg 50 hz
dan 60 hz itu, yg tentunya dinilai cukup effective
untuk kestabilan beban dan effisien dari sisi teknis
maupun ekonomis. Eropah menggunakan 50 hz
dan Amerika menggunakan 60 hz. Setelah adanya
standarisasi maka semua peralatan listrik di
design 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
berubah2 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 design pada saat
beban penuh tegangan tidak turun melebihi 10%
dan pada saat beban nol tegangan tidak naik
melebihi 10%. Begitu juga dengan frekwensi.
kembali ke pertanyaan teman2 sebagaimana email
yg saya baca, yaitu mengenai beban2 IT yg
shutdown karena berubahnya frekwensi, dan apa
efek airconditioner, HVAC terhadap frekwensi
supply, sampai ada yg menyebutkan beda
frekwensi antara 50 sampai 60 hz efeknya
menggunung he..he..
Beban IT seperti server dan komputer biasanya
disupply dari UPS, dan didalam UPS ada
perangkat elektronik yg namanya inverter yg
dibatasi frekwensinya plus minus 2.5%. Apabila
terjadi perubahan frekwensi dikarenakan kwalitas
supply yg jelek melewati plus minus 2.5% maka
perangkat elektronik lainnya yg namanya static
switch akan berpindah ke posisi by-pass (kalau
UPS dilengkapi fasilitas bypass). Pada posisi
bypass beban akan disupply melalui supply
normal, itulah sebabnya begitu normal supply
putus (listrik mati) maka beban2 IT tsb langsung
mati karena disupply tidak melalui batere yg ada
di UPS tetapi disupply bypass. Kalau tingkat
perubahan frekwensi seperti ini sudah sangat
sering maka harus ada power quality improvement
dari pihak perusahaan listrik (saya tidak
membahas lebih lanjut karena bisa panjang
bahasannya mengenai power quality). Selanjutnya
mengenai beban berputar seperti motor/HVAC
atau AirCond. Apakah ada efeknya menggunakan
frekwensi supply yg berbeda dari standard
frekwensi yg tertera di AirCond. Misalkan motor di
design untuk frekwensi 50 hz dan digunakan pada
tegangan supply dengan frekwensi 60 hz. Mari kita
lihat formula ini: XL = 2.π.f.L
XL = Reaktansi Induktif (ohm)
f = frekwensi (hz)
L = induktansi (henry)
Dari rumus tersebut terlihat nilai reaktansinya naik
kalau frekwensinya lebih besar.
Contoh kasus: sebuah Aircond 500 watt, 220 volt,
50 hz, pf: 0.8 (pf = power factor atau cosø)
XL= 2.π.50.L = 100πL (ohm) apabila frekwensi
supply 50 hz
XL=2.π.60.L = 120πL (ohm) apabila frekwensi
supply 60 hz
Total daya yg diserap oleh beban AC bisa di
analisa dengan formula segitiga daya:
Total daya (VA) = P + jQ atau VA = Sqrt(P2 + Q2)
P = Daya aktif = 500 watt
Q = daya reaktif (dalam Var) yg besarnya
tergantung reaktansi XL
Dari formula diatas dan segitiga daya (saya tdk
bisa gambarkan segitiga dayanya disini tapi bagi
discipline electrical bisa membayangkannya)
dapat dilihat semakin besar reaktansi XL maka
semakin besar total daya nyata yg diserap.
Semakin besar XL semakin jelek factor daya nya
(normal factor daya 0.8 sampai 0.95), makin
mendekati factor daya 1 makin bagus. Jadi bisa
kita lihat bahwa perubahan frekwensi ada
pengaruhnya juga dengan perubahan factor daya
yg berpengaruh terhadap daya tahan dari beban
listrik.. Kalau dikatakan efeknya menggunung
antara 50 hz dan 60 hz sebagaimana dikatakan
rekan kita sebenarnya tidaklah demikian, karena
beban listrik mempunyai daya tahan terhadap
waktu. Misalnya apabila AC di design oleh
manufacture dengan frekwensi 50 hz maka
pemilihan kumparan baik resistansi dan
reaktansinya di test dengan daya tahan tsb
misalnya bisa berfungsi dengan baik sampai 5
tahun. Dan bila disupply dengan frekwensi 60 hz
misalnya bisa berfungsi dengan baik sampai 4
tahun (ini cuma umpama). Kumparan atau
konduktor yg memiliki ketahanan arus (ampacity =
20 ampere), apabila di aliri operating current 5
ampere tentulah beda ketahanannya apabila
kumparan atau konduktor tsb dialiri operating
current 10 ampere, semakin besar arus semakin
besar dissipasi panas yg dihasilkan di kumparan/
konduktor sehingga isolasi konduktor melumer
terhadap waktu. Jadi untuk mengatasi ini pihak
manufacturer cukup memilih material kumparan/
konduktor yg meiliki ampacity yg cukup untuk
mengatasi penurunan (aging) sehingga bisa
bertahan sampai umur life time yg memuaskan
(dalam hal ini pihak manufacturer bisa
mengatakan bahwa produknya bisa 50 hz maupun
60 hz karena memang materialnya sudah dipilih
sedemikian rupa). Jadi kesimpulannya perbedaan
frekwensi supply 50 hz dan 60 hz untuk umumnya
beban2 listrik bisa dikatakan tidak begitu
significant efeknya untuk beban2 tertentu seperti
AC, Laptop, dll, kalaupun dilihat dari ketahanan
(lifetime) karena pihak manufacturer sudah
memperhitungkn itu, untuk memastikan produknya
bisa dipakai 50 hz/60 hz. Tapi untuk industry
seperti oil & gas, disarankan memberlakukan spec
yg ketat, misalnya kalau sistim supply nya 60 hz
jangan lah kita beli motor yg didesign 50 hz,
karena di industry kita ingin semua sistim bekerja
perfect dan akurat sehingga menjamin tingkat
reabilitas 100%. (Stop sampai disini karena kalau
dibahas terus bisa panjang analisanya/reliability
analysis, perlu research and development dan
experiment he..he..). Demikian analisa saya
mengenai fenomena frekwensi, saran dan kritik
sangat diharapkan apabila ada analisa atau
pandangan teman2 lainnya yg lebih baik untuk
improve pengetahuan dibidang sistim kelistrikan.
Langganan:
Posting Komentar (Atom)
Tidak ada komentar:
Posting Komentar