FREKWENSI LISTRIK

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%.