Listrik Single Phase Dan Three Phase

 

Single phase vs Three Phase System

Sistem kelistrikan sebenarnya memiliki banyak varian jumlah fasa. Mulai dari single phase, two phase, three phase, hingga lebih dari itu (multi phase). Namun, standard yang paling banyak digunakan adalah sistem suplai daya listrik single phase (satu fasa) dan three phase (tiga fasa).

 

Pada artikel ini, kami akan membahas tentang sistem listrik satu fasa dan sistem listrik 3 fasa, disertai contoh rangkaian, perhitungan, serta perbandingan dari kedua sistem tersebut.

 

 

Listrik Single Phase (1 Fasa)

 

Listrik single phase atau listrik satu fasa terdiri dari line dan neutral. Nilai tegangan suplai merupakan beda potensial antara line dan neutral, dan umum disebut tegangan line to neutral (V_LN). Sistem suplai daya listrik 1 fasa ada yang menggunakan dua kawat (line dan neutral) dan ada yang menggunakan tiga kawat (line, neutral, dan ground atau PE). Perhatikan contoh sistem 1 phase 2 kawat berikut ini:

 

Contoh rangkaian suplai 1 phase, 1 beban

Pada contoh gambar diatas, sistem suplai daya listrik 1 fasa, dengan level tegangan suplai 220Vac (dalam sistem 1 fasa, praktis ini berarti nilai tegangan line to neutral), menyuplai sebuah beban (load). Pada kondisi ini beban menerima suplai tegangan line to neutral sebesar V_LN = 220V, sehingga mengalir arus listrik dalam rangkaian tersebut sebesar I_L (arus line). Bila besar beban adalah P_load = 1000 watt, dengan power factor PF = 0.85, maka berlaku perhitungan sebagai berikut:

 

P_load    = V_LN x I_L x PF

I_L         = P_load / (V_LN x PF)

I_L         = 1000 Watt / (220Vac x 0.85)

I_L         = 5.35A

 

Bila sistem 1 fasa dibebani 3 buah beban dengan besar yang sama secara parallel, maka sistem mendapatkan beban (load) 3 kali lebih besar. Perhatikan contoh gambar dibawah ini, anggap load 1, load 2 dan load 3 adalah beban dengan kapasitas 1000 Watt masing-masing dan memiliki PF = 0.85.

 

Contoh rangkaian suplai 1 phase, 3 beban parallel

Pada rangkaian contoh diatas, berlaku perhitungan sebagai berikut:

 

P_load    = V_LN x I_L x PF

I_L         = P_load / (V_LN x PF)

I_L         = 3000 Watt / (220Vac x 0.85)

I_L         = 16A

 

Pada sistem suplai 1 fasa, bila beban naik menjadi 3 kali lipat, maka arus listrik yang mengalir dari sisi suplai juga akan naik menjadi 3 kali lipat.

 

 

Listrik Three Phase (3 Fasa)

 

Listrik three phase atau listrik tiga fasa terdiri dari line 1, line 2, line 3 dan neutral. Di Indonesia, line 1 kerap juga disebut fasa R, line 2 disebut fasa S, line 3 disebut fasa T. kemudian di negara lain ada yang menyebutnya T1, T2, dan T3. Ada juga penyebutan menggunakan U, V, W, dan lain-lain, semuanya bermakna sama dan mengacu pada sistem listrik 3 jenis fasa.

 

Dalam sistem 3 fasa, dikenal 2 jenis tegangan, yaitu tegangan line to line (V_LL), dan tegangan line to neutral (V_LN). V_LL adalah beda potensial antar fasa, yaitu dapat berupa beda potensial fasa R dengan fasa S (V_RS), fasa S dengan fasa T (V_ST), dan fasa R dengan fasa T (V_RT). Ketiga jenis tegangan line to line tersebut akan memiliki nilai tegangan yang sama, namun ketiganya memiliki sudut fasa berbeda sebesar 120 derajat. Jadi, sebagai acuan, bila V_RS = 380V < 0 derajat, maka V_ST = 380V < 120 derajat dan V_RT = 380V < 240 derajat.

 

Sedangkan tegangan line to neutral (V_LN) adalah beda potensial antara fasa dengan neutral, yaitu dapat berupa beda potensial fasa R dengan fasa neutral (V_RN), fasa S dengan neutral (V_SN) dan fasa T dengan neutral (V_TN). Dalam sistem 3 fasa, berlaku nilai tegangan sebagai berikut:

 

V_LL      = √3 x V_LN

V_LL      = 1.732 x V_LN

 

Jadi, bila nilai tegangan line to line adalah V_LL = 380V, maka tegangan line to neutral nya adalah:

 

V_LN     = V_LL /1.732

V_LN     = 380/1.732

V_LN     = 220V

 

Itulah kenapa di Indonesia, dikenal istilah sistem tegangan 220/380V, yang artinya nilai tegangan fasa ke netralnya adalah 220V, dan nilai tegangan antar fasanya adalah 380V. dinegara lain ada yang menggunakan standard sistem tegangan lain, seperti 120/200V dan 380/650V. Semua penamaan sistem tegangan tersebut mengacu pada nilai tegangan fasa ke netral dan tegangan antar fasa.

 

Sistem suplai daya listrik 3 fasa ada yang menggunakan tiga kawat (line 1, line 2 dan line 3) dan ada yang menggunakan 4 kawat (line 1, line 2, line 3 dan neutral), serta ada juga sistem 5 kawat (line 1, line 2, line 3, neutral dan PE). Selain itu, ada 2 jenis sistem wiring dalam sistem suplai daya listrik 3 phase, yaitu sistem wiring star (bintang atau Y) dan sistem wiring delta (segitiga).

 

Berikut contoh sistem 3 phase, wiring star/bintang/Y, dan sistem 4 kawat:

 

Contoh rangkaian suplai 3 phase, wiring star

Misalkan load 1, load 2, dan load 3 semuanya sama, yaitu 1000 watt dengan PF = 0.85, maka pada sistem wiring star, setiap beban mendapatkan suplai tegangan V_LN = 220V. pada rangkaian gambar diatas, berlaku persamaan daya sebagai berikut:

 

P_load    = 1.732 x V_LL x I_L x PF

I_L         = P_load / (1.732 x V_LL x PF)

I_L         = 3000 Watt / (1.732 x 380Vac x 0.85)

I_L         = 5.36A

 

5.36 A adalah arus yang mengalir dari sisi suplai menuju beban. Dari gambar rangkaian star, berlaku perhitungan sebagai berikut:

 

1. Arus yang mengalir pada setiap beban masing-masing adalah:

 

I_load = I_L = 5.36A

 

2. Tegangan yang dirasakan oleh setiap beban masing-masing adalah

 

V_load = V_LN = V_LL/√3 = 220V

 

 

Kemudian berikut contoh sistem 3 phase, wiring delta/segitiga, dan sistem 3 kawat:

 

Contoh rangkaian suplai 3 phase, wiring delta

Misalkan load 1, load 2, dan load 3 semuanya sama, yaitu 1000 watt dengan PF = 0.85, maka pada sistem wiring delta, setiap beban mendapatkan suplai tegangan V_LL = 380V. pada rangkaian gambar diatas, berlaku persamaan daya sebagai berikut:

 

P_load    = 1.732 x V_LL x I_L x PF

I_L         = P_load / (1.732 x V_LL x PF)

I_L         = 3000 Watt / (1.732 x 380Vac x 0.85)

I_L         = 5.36A

 

5.36 A adalah arus yang mengalir dari sisi suplai menuju beban. Dari gambar rangkaian delta, berlaku perhitungan sebagai berikut:

 

1. Arus yang mengalir pada setiap beban masing-masing adalah

 

I_load = I_L/√3 = 5.36/√3 = 3A

 

2. Tegangan yang dirasakan oleh setiap beban masing-masing adalah

 

V_load = V_LL = 380V

 

 

Perbandingan Sistem 1 Fasa Dan 3 Fasa

 

Dari contoh-contoh yang telah kita bahas, kita dapat menyimpulkan beberapa point penting sebagai berikut:

 

1. Sistem suplai daya listrik 1 phase dengan beban 3000 watt, dengan tegangan beban 220V, beban menyedot arus suplai listrik sebesar 16A.

 

2. Sistem suplai daya listrik 3 phase dengan beban 3000 watt, dengan wiring start (tegangan beban 220V), beban menyedot arus suplai listrik sebesar 5.36A. nilai ini 1/3 dari sistem 1 phase. Arus pada beban sebesar 5.36A, tegangan beban 220V.

 

3. Sistem suplai daya listrik 3 phase dengan beban 3000 watt, dengan wiring delta (tegangan beban 380V), beban menyedot arus suplai listrik sebesar 5.36A. nilai ini 1/3 dari sistem 1 phase. Arus pada beban sebesar 3A, tegangan beban 380V.

 

4. Jadi keuntungan sistem 3 phase adalah dengan kapasitas beban yang sama, arus suplai yang mengalir menjadi 1/3 kali dari sistem 1 phase. Hal ini sangat menguntungkan pada penggunaan ukuran konduktor atau kabel, penggunaan komponen kontrol dan proteksi, sehingga sistem 3 fasa akan lebih ekonomis dibandingkan sistem 1 fasa.

 

5. Sedangkan penggunaan wiring star atau delta pada sistem 3 fasa, ditentukan oleh tagangan nominal beban. Bila beban memerlukan tegangan suplai 220V, maka wiring harus menggunakan star, sedangkan bila beban memerlukan tegangan suplai 380V, maka wiring harus menggunakan delta.

 

 

Keseimbangan Beban Sistem 3 Phase

 

Pada contoh yang telah kita bahas, load 1, load 2 dan load 3, memiliki nilai seimbang, artinya kapasitas dayanya sama dan power factornya sama. Pada kasus beban seimbang tersebut, berlaku:

 

1. Arus setiap line memiliki besar yang sama, dengan perbedaan sudut fasa 120 derajat

 

I_L1 = I_L2 = I_L3

 

2. Arus pada neutral memiliki nilai nol

 

I_N = 0

 

3. Besar tegangan antar fasa akan bernilai sama, dengan perbedaan sudut fasa 120 derajat

 

V_RS = V_ST = V_RT

 

4. Besar tegangan setiap fasa ke netral bernilai sama, dengan perbedaan sudut fasa 120 derajat

 

V_RN = V_SN = V_TN

 

Namun ketika beban tidak seimbang, maka akan menyebabkan perbedaan nilai arus pada tiap line, dan di netral akan mengalir juga arus listrik. dan jika ketidak seimbangan beban cukup besar, akan menyebabkan nilai tegangan suplai drop dan berbeda beda tegangan antar fasa dan tiap fasa ke neutralnya. Oleh karena itu, pambegaian beban pada sistem 3 fasa sangat penting diperhatikan oleh setiap perancang sistem kelistrikan.

 

Penulis : ER

 

Share this post