Pada sistem tenaga listrik 3 fase, idealnya daya listrik yang
dibangkitkan, disalurkan dan diserap oleh beban semuanya seimbang, P
pembangkitan = P pemakain, dan juga pada tegangan yang seimbang. Pada
tegangan yang seimbang terdiri dari tegangan 1 fase yang mempunyai
magnitude dan frekuensi yang sama tetapi antara 1 fase dengan yang
lainnya mempunyai beda fase sebesar 120°listrik, sedangkan secara fisik
mempunyai perbedaan sebesar 60°, dan dapat dihubungkan secara bintang
(Y, wye) atau segitiga (delta, Δ, D).
sistem 3 fase
Gambar 1 menunjukkan fasor diagram dari tegangan fase. Bila
fasor-fasor tegangan tersebut berputar dengan kecepatan sudut dan dengan
arah berlawanan jarum jam (arah positif), maka nilai maksimum positif
dari fase terjadi berturut-turut untuk fase V1, V2 dan V3. sistem 3
fase ini dikenal sebagai sistem yang mempunyai urutan fasa a – b – c .
sistem tegangan 3 fase dibangkitkan oleh generator sinkron 3 fase.
Hubungan Bintang (Y, wye)
Pada hubungan bintang (Y, wye), ujung-ujung tiap fase dihubungkan
menjadi satu dan menjadi titik netral atau titik bintang. Tegangan
antara dua terminal dari tiga terminal a – b – c mempunyai besar
magnitude dan beda fasa yang berbeda dengan tegangan tiap terminal
terhadapa titik netral. Tegangan Va, Vb dan Vc disebut tegangan “fase”
atau Vf.
hubung bintang
Dengan adanya saluran / titik netral maka besaran tegangan fase
dihitung terhadap saluran / titik netralnya, juga membentuk sistem
tegangan 3 fase yang seimbang dengan magnitudenya (akar 3 dikali
magnitude dari tegangan fase).
Vline = akar 3 Vfase = 1,73Vfase
Sedangkan untuk arus yang mengalir pada semua fase mempunyai nilai yang sama,
ILine = Ifase
Ia = Ib = Ic
Hubungan Segitiga
Pada hubungan segitiga (delta, Δ, D) ketiga fase saling dihubungkan sehingga membentuk hubungan segitiga 3 fase.
hubung segitiga
Dengan tidak adanya titik netral, maka besarnya tegangan saluran
dihitung antar fase, karena tegangan saluran dan tegangan fasa mempunyai
besar magnitude yang sama, maka:
Vline = Vfase
Tetapi arus saluran dan arus fasa tidak sama dan hubungan antara
kedua arus tersebut dapat diperoleh dengan menggunakan hukum kirchoff,
sehingga:
Iline = akar 3 Ifase = 1,73Ifase
Daya pada Sistem 3 Fase
1. Daya sistem 3 fase Pada Beban yang Seimbang
Jumlah daya yang diberikan oleh suatu generator 3 fase atau daya yang
diserap oleh beban 3 fase, diperoleh dengan menjumlahkan daya dari
tiap-tiap fase. Pada sistem yang seimbang, daya total tersebut sama
dengan tiga kali daya fase, karena daya pada tiap-tiap fasenya sama.
hubung bintang dan segitiga yang seimbang
Jika sudut antara arus dan tegangan adalah sebesar θ, maka besarnya daya perfasa adalah
Pfase = Vfase.Ifase.cos θ
sedangkan besarnya total daya adalah penjumlahan dari besarnya daya tiap fase, dan dapat dituliskan dengan,
PT = 3.Vf.If.cos θ
• Pada hubungan bintang, karena besarnya tegangan saluran adalah
1,73Vfase maka tegangan perfasanya menjadi Vline/1,73, dengan nilai arus
saluran sama dengan arus fase, IL = If, maka daya total (PTotal) pada
rangkaian hubung bintang (Y) adalah:
PT = 3.VL/1,73.IL.cos θ = 1,73.VL.IL.cos θ
• Dan pada hubung segitiga, dengan besaran tegangan line yang sama
dengan tegangan fasanya, VL = Vfasa, dan besaran arusnya Iline =
1,73Ifase, sehingga arus perfasanya menjadi IL/1,73, maka daya total
(Ptotal) pada rangkaian segitiga adalah:
PT = 3.IL/1,73.VL.cos θ = 1,73.VL.IL.cos θ
Dari persamaan total daya pada kedua jenis hubungan terlihat bahwa
besarnya daya pada kedua jenis hubungan adalah sama, yang membedakan
hanya pada tegangan kerja dan arus yang mengalirinya saja, dan berlaku
pada kondisi beban yang seimbang.
2. Daya sistem 3 fase pada beban yang tidak seimbang
Sifat terpenting dari pembebanan yang seimbang adalah jumlah phasor
dari ketiga tegangan adalah sama dengan nol, begitupula dengan jumlah
phasor dari arus pada ketiga fase juga sama dengan nol. Jika impedansi
beban dari ketiga fase tidak sama, maka jumlah phasor dan arus netralnya
(In) tidak sama dengan nol dan beban dikatakan tidak seimbang.
Ketidakseimbangan beban ini dapat saja terjadi karena hubung singkat
atau hubung terbuka pada beban.
Dalam sistem 3 fase ada 2 jenis ketidakseimbangan, yaitu:
1. Ketidakseimbangan pada beban.
2. ketidakseimbangan pada sumber listrik (sumber daya).
Kombinasi dari kedua ketidakseimbangan sangatlah rumit untuk mencari
pemecahan permasalahannya, oleh karena itu kami hanya akan membahas
mengenai ketidakseimbangan beban dengan sumber listrik yang seimbang.
hubung bintang dan segitiga yang tidak seimbang
Pada saat terjadi gangguan, saluran netral pada hubungan bintang akan
teraliri arus listrik. Ketidakseimbangan beban pada sistem 3 fase
dapat diketahui dengan indikasi naiknya arus pada salahsatu fase dengan
tidak wajar, arus pada tiap fase mempunyai perbedaan yang cukup
signifikan, hal ini dapat menyebabkan kerusakan pada peralatan.
dikutip dari"dunialistrikdanelektronika"