Teknik Tenaga Listrik

Teknik tenaga listrik adalah ilmu yang mempelajari konsep dasar kelistrikan dan pemakaian alat yang asas kerjanya berdasarkan aliran electron dalam konduktor. Dalam teknik tenaga listrik dikenal 2 macam arus, yaitu:
1. Arus serah yang dikenal dengan DC (Direct Current).
2. Arus bolak-balik yang dikenal dengan AC (alternating Current).
Dalam arus searah atau arus bolak-balik, dikenal pengadaan energy listrik sebagai berikut:
a. Pembangkit
Pembangkit berfungsi sebagai sumber energy listrik, berikut merupakan maca-macam pembangkit tenaga listrik:

1. Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU)
Pembangkit listrik jenis ini memanfaatkan bahan bakar minyak, gas alam, atau batubara untuk membangkitkan panas dan uap pada BOILER. Uap ini kemudian dipergunakan untuk memutar turbin yang dikopelkan langsung dengan sebuah generator sinkron. Uap yang telah melalui turbin kemudian menjadi uap bertekanan dan bersuhu rendah. Uap ini kemudian dilewatkan melalui kondenser yang menyerap panas uap tersebut sehingga uap tersebut berubah menjadi air yang kemudian dipompakan kembali menuju boiler.

2. Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG)
Sebagaimana halnya Pusat Listrik Tenaga Diesel, PLTG merupakan mesin dengan proses pembakaran dalam (internal combustion). Bahan baker berupa minyak atau gas alam dibakar di dalam ruang pembakar (combustor). Udara yang memasuki kompresor setelah mengalami tekanan bersama-sama dengan bahan baker disemprotkan ke ruang pembakar untuk melakukan proses pembakaran. Gas panas sebagai hasil pembakaran ini kemudian bekerja sebagai fluida yang memutar roda turbin yang terkopel dengan generator sinkron.

3. Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)
Pada reactor air tekan (pressurized water reactor) terdapat dua rangkaian yang seolah-olah terpisah. Pada rangkaian pertama bahan baker uranium-235 yang diperkaya dan tersusun dalam pipa-pipa berkelompok, disundut untuk menghasilkan panas dalam reactor. Karena air dalam bejana penuh, maka tidak terjadi pembentukan uap, melainkan air menjadi panas dan bertekanan. Air panas yang bertekanan tersebut kemudian mengalir ke rangkaian kedua melalui suatu generator uap yang terbuat dari baja. Generator uap ini kemudian menghasilkan uap yang memutar turbin dan proses selanjutnya mengikuti siklus tertutup sebagaimana berlangsung pada turbin uap PLTU.

4. Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA)
Penggunaan tenaga air mungkin merupakan bentuk konversi energi tertua yang pernah dikenal manusia. Perbedaan vertical antara batas atas dengan batas bawah bendungan di mana terletak turbin air, dikenal sebagai tinggi terjun. Tinggi terjun ini mengakibatkan air yang mengalir akan memperoleh energi kinetic yang kemudian mendesak sudu-sudu turbin. Bergantung kepada tinggi terjun dan debit air, dikenal tiga macam turbin yaitu: Pelton, Francis dan Kaplan.

b. Transmisi
Transmisi berfungsi sebagai jaringan untuk menyalurkan energy listrik dari pemabngkit ke beban atau ke jaringan distribusi (gardu-gardu listrik).

c. Distribusi
Distribusi berfungsi sebagai jaringan yang menyalurkan energy listrik ke konsumen pemakai.


Elemen Sistem Tenaga
Salah satu cara yang paling ekonomis, mudah dan aman untuk mengirimkan energi adalah melalui bentuk energi listrik. Pada pusat pembangkit, sumberdaya energi primer seperti bahan bakar fosil (minyak, gas alam, dan batubara), hidro, panas bumi, dan nuklir diubah menjadi energi listrik oleh generator. Generator merupakan piranti yang dapat digunakan untuk mengubah energy mekanis menjadi energy listrik. Generator terbagi menjadi 2, yaitu:
1. Generator arus searah, yang terbagi atas:
a. Mesin Shunt
b. Mesin Seri
c. Mesin Kompon
2. Generator arus bolak-balik, yang terdiri atas:
a. Transformator
b. Mesin Induksi
c. Mesin Sinkron

Selanjutnya melalui transformator penaik tegangan (step-up transformer), energi listrik ini kemudian dikirimkan melalui saluran transmisi bertegangan tinggi menuju pusat-pusat beban. Peningkatan tegangan dimaksudkan untuk mengurangi jumlah arus yang mengalir pada saluran transmisi yang dengan demikian berarti rugi-rugi panas (heat-loss) I2R dapat dikurangi. Ketika saluran transmisi mencapai pusat beban, tegangan tersebut kembali diturunkan menjadi tegangan menengah, melalui transformator penurun tegangan (step-down transformer).
Di pusat-pusat beban yang terhubung dengan saluran distribusi, energi listrik ini diubah menjadi bentuk-bentuk energi terpakai lainnya seperti energi mekanis (motor), penerangan, pemanas, pendingin, dan sebagainya.

Satuan listrik :
Arus listrik (I) => ampere
Tegangan listrik (V) = beda potensial => volt
Tahanan (R) = resistansi => ohm
Reaktansi (X)=> ohm
Impedansi (Z)= R  jX => ohm
Daya (S) = P  jQ => volt ampere
Daya aktif (P) => watt
Daya reaktif (Q) => volt ampere reaktif
Energi (E) => watt-hour (watt-jam)
Faktor daya (cos ) => tidak ada satuan

Impedansi
Impedansi adalah hubungan antara arus dan tegangan bolak-balik melalui kapasitor, inductor, dan hambatan. Dimana bagian nyata dari impedansi disebut hambatan dan dinyatakan dengan r. sedangkan bagian khayal dari impedansi disebut reaktansi dan dinyatakan dengan X. secara umum hubungan antara kapasitor, inductor, dan hambatan dapat ditulis sebagai:
Dimana:
V = tegangan
I = Arus
Z = Impedansi

Gelombang Sinus
Keuntungan dari gelombang sinus:
1. Banyak gejala alam dapat digambarkan sebagai gelombang sinus.
2. Mmudah pembangkitannya: arus dan tegangan dalam pembangkitan tenaga listrik berbentuk sinus.
3. Berdasarkan deret Fourier: semua gelombang periodic dengan syarat tertentu dapat diuraikan ke dalam penjumlahan gelombang-gelombang sinus dengan frekuensi yang bermacam-macam.
Arus dan tegangan sesaat suatu bentuk sinusoid dalam suatu periode waktu dapat dijelaskan dengan persamaan:


Dengan :
Im = arus maksimum (Ampere).
ω = 2πf = kecepatan sudut (rad/det).
Θ = sudut fasa (radial).
Vm = tegangan maksimum (Volt).

Konversi Energi Elektromekanik
Konversi energi baik dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya dari energi mekanik menjadi energi listrik (generator) berlangsung melalui medium medan magnet. Energi yang akan diubah dari satu system ke system lainnya, sementara akan tersimpan pada medium medan magnet untuk kemudian dilepaskan menjadi energi system lainnya. Dengan demikian, medan magnet di sini selain berfungsi sebagai tempat penyimpanan energi juga sekaligus sebagai medium untuk mengkopel perubahan energi.

Dengan mengingat hukum kekekalan energi, proses konversi energi elektromekanik dapat dinyatakan sebagai berikut (untuk motor):
(Energi Listrik sebagai input) = (Energi Mekanik sebagai output + Energi panas) + (Energi pada medan magnet dan rugi-rugi magnetic atau dalam persamaan differensial, konversi energi dari elektris ke mekanis adalah sebagai berikut:
dWE = dWM + dWF
Ini hanya berlaku ketika proses konversi energi sedang berlangsung pada keadaan dinamis yang transient. Untuk keadaan tunak, dimana fluks merupakan harga yang konstan, maka
dWF = 0
dWE = dWM


sumber :
http://www.tpub.com/neets/book5/17.htm
http://www.tpub.com/doeelecscience/electricalscience2143.htm
http://www.scribd.com/doc/19733941/Teknik-Tenaga-Listrik