Sistem Listrik 3-Phase

Artikel ini adalah semacam sub-artikel dari artikel sebelumnya “Pengawatan Meter PraBayar dan munculnya tulisan “PERIKSA””. Kami coba membantu sobat ILR dalam memahami fenomena munculnya arus netral pada kWh-meter, khususnya Meter PraBayar (MPB).

Ada beberapa pertanyaan mengenai sistem 3-phase yang diaplikasikan pada sistem kelistrikan PLN dan mengapa kabel listrik yang disambung ke instalasi listrik rumah terdiri kabel phase dan kabel netral? Mengapa kabel phase bertegangan dan kabel netral tidak bertegangan? Dan mengapa ada arus netral yang datang dari jaringan listrik PLN? Semuanya kami coba rangkum dalam tulisan ini.

Tetapi terus terang, tulisan ini dibuat sebagai “nice to know” saja. Isinya tidak rumit-rumit dengan rumus atau teori yang mendalam. Walaupun begitu, kami berusaha sebaik mungkin membuatnya lebih mudah dimengerti oleh pembaca yang merasa awam soal listrik. Mudah-mudahan cukup bermanfaat dan mencerahkan.

Sistem 3-Phase dan 1-Phase

Hampir seluruh perusahaan penyedia tenaga listrik menggunakan sistem listrik 3-phase ini. Sistem ini diperkenalkan dan dipatenkan oleh Nikola Tesla pada tahun 1887 dan 1888. Sistem ini secara umum lebih ekonomis dalam penghantaran daya listrik, dibanding dengan sistem 2-phase atau 1-phase, dengan ukuran penghantar yang sama. Karena sistem 3-phase dapat menghantarkan daya listrik yang lebih besar. Dan juga peralatan listrik yang besar, seperti motor-motor listrik, lebih powerful dengan sistem ini.

PLN mengaplikasikan sistem 3-phase dalam keseluruhan sistem kelistrikannya, mulai dari pembangkitan, transmisi daya hingga sistem distribusi. Oh iya, agar lebih jelas, sistem kelistrikan PLN secara umum dibagi dalam 3 bagian besar :

• Sistem Pembangkitan Tenaga Listrik
  Terdiri dari pembangkit-pembangkit listrik yang tersebar di berbagai tempat, dengan jenis-jenisnya antara lain yang cukup banyak adalah PLTA (menggunakan sumber tenaga air), PLTU (menggunakan sumber batubara), PLTG (menggunakan sumber dari gas alam) dan PLTGU (menggunakan kombinasi antara gas alam dan uap). Pembangkit-pembangkit tersebut mengubah sumber-sumber alam tadi menjadi energi listrik.  

• Sistem Transmisi Daya
  Energi listrik yang dihasilkan dari berbagai pembangkit tadi harus langsung disalurkan. Karena energi listrik sebesar itu tidak bisa disimpan dalam baterai. Karena akan butuh baterai kapasitas besar untuk menyimpan energi sebesar itu dan menjadi sangat tidak ekonomis. Sebagai gambaran, accu 12Vdc dengan kapasitas 50Ah akan menyimpan energi listrik maksimal kira-kira 600 Watt untuk pemakaian penuh selama 1 jam. Sedangkan total pemakaian daya listrik untuk jawa-bali bisa melebihi 15,000 MW (15,000,000,000 Watt). Jadi….Berapa besar baterai untuk penyimpanannya?
  Untuk itulah suplai energi listrik bersifat harus sesuai dengan permintaan saat itu juga, tidak ada penyimpanan. Karena itu sistem transmisi daya listrik dibangun untuk menghubungkan pembangkit-pembangkit listrik yang tersebar tadi dan menyalurkan listriknya langsung saat itu juga ke pelanggan-pelanggan listrik. Saluran penghantarannya dikenal dengan nama SUTT (Saluran Udara Tegangan Tinggi), SUTET (Saluran Udara Tegangan Extra Tinggi) dll. Pastinya nggak asing dech dengan bentuknya yang kaya menara itu ya..
  Di Jawa-Bali, sistem transmisi daya listrik ini diatur oleh P3B (Penyaluran dan Pusat Pengaturan Beban) Jawa-Bali yang berlokasi di daerah Gandul, Cinere, Bogor.

• Sistem Distribusi Daya Listrik
  Dari sistem transmisi daya tadi, listrik akan sampai ke pelanggan-pelanggannya (terutama perumahan) dengan terlebih dahulu melalui Gardu Induk dan kemudian Gardu Distribusi. Gardu Induk mengambil daya listrik dari sistem transmisi dan menyalurkan ke Gardu-gardu distribusi yang tersebar ke berbagai daerah perumahan. Dan di dalam gardu distribusi, terdapat trafo distribusi yang menyalurkan listrik langsung ke rumah-rumah dengan melewati JTR (Jaringan Tegangan Rendah), yang biasanya ditopang oleh tiang listrik.

Selengkapnya mengenai sistem tenaga listrik PLN ini akan dijelaskan pada artikel lain yang akan masuk daftar tunggu untuk rilis (“Sistem Tenaga Listrik PLN”).

Listrik 3-phase adalah listrik AC (alternating current) yang menggunakan 3 penghantar yang mempunyai tegangan sama tetapi berbeda dalam sudut phase sebesar 120 degree. Ada 2 macam hubungan dalam koneksi 3 penghantar tadi : hubungan bintang (“Y” atau star) dan hubungan delta. Sesuai bentuknya, yang satu seperti huruf “Y” dan satu lagi seperti simbol “delta”. Tetapi untuk bahasan ini kita akan lebih banyak membicarakan mengenai hubungan bintang saja.

Sistem 3-Phase Hubungan Bintang dengan tegangan 380/220V

Gambar disamping adalah contoh sistem 3-phase yang dihubung bintang. Titik pertemuan dari masing-masing phase disebut dengan titik netral. Titik netral ini merupakan common dan tidak bertegangan.

Ada 2 macam tegangan listrik yang dikenal dalam sistem 3-phase ini : Tegangan antar phase (Vpp : voltage phase to phase atau ada juga yang menggunakan istilah Voltage line to line) dan tegangan phase ke netral (Vpn : Voltage phase to netral atau Voltage line to netral). Sistem tegangan yang dipakai pada gambar dibawah adalah yang digunakan PLN pada trafo distribusi JTR (380V/220V), dengan titik netral ditanahkan.

 Pada istilah umum di Indonesia, sistem 3-phase ini lebih familiar dengan nama sistem R-S-T. karena memang umumnya menggunakan simbol “R”, “S” , “T” untuk tiap penghantar phasenya serta simbol “N” untuk penghantar netral.

Kita langsung saja pada sistem yang dipakai PLN. Seperti pada gambar tersebut, di dalam sistem JTR yang langsung ke perumahan, PLN menggunakan tegangan antar phase 380V dan tegangan phase ke netral sebesar 220V. Rumusnya seperti ini :  

Vpn = Vpp/√3  –>  220V = 380/√3

Instalasi listrik rumah akan disambungkan dengan salah satu kabel phase dan netral, maka pelanggan menerima tegangan listrik 220V. Perhatikan pada gambar dibawah ini :

Sistem Listrik 3-Phase PLN 380/220V pada Jaringan Distribusi Perumahan

Contoh 3-phase hubungan delta bisa dilihat di sisi primer dari trafo diatas (sebelah kiri). Sedangkan sisi sekunder (sebelah kiri) terhubung bintang. Hubungan delta pada umumnya tidak mempunyai netral.

Arus Netral pada sistem 3-phase

Salahsatu karakteristrik sistem 3-phase adalah bila sistem 3-phase tersebut mempunyai beban yang seimbang, maka besaran arus phase di penghantar R-S-T akan sama sehingga In (arus netral) = 0 Ampere.
Contohnya pada gambar diatas : Misal ketiga rumah tersebut mempunyai beban yang identik seimbang. Maka arus netral sebagai penjumlahan dari ketiga arus phase tersebut akan menjadi : 

Ir + Is + It = In –> Bila beban seimbang maka Ir = Is = It dan In = 0 Ampere

Kok hasilnya bisa nol? Karena sistem penjumlahannya adalah secara penjumlahan vektor, bukan dengan penjumlahan matematika biasa (jadi bukan 1+1+1=3).

Pada prakteknya, beban seimbang dari ketiga phase tadi hampir mustahil dicapai. Karena beban listrik setiap rumah belum tentu identik. Bila terjadi ketidakseimbangan beban, maka besar arus listrik setiap phase tidak sama. Akibatnya arus netral tidak lagi sebesar 0 Ampere. Semakin tidak seimbang bebannya, maka arus netral akan semakin besar.

Karena sifat arus listrik adalah loop tertutup agar bisa mengalir, maka arus netral tadi akan mengalir ke instalasi listrik milik pelanggan dan melewati grounding sistem untuk masuk ke tanah, yang akhirnya mengalir balik ke titik grounding trafo kemudian kembali masuk ke instalasi listrik rumah, demikian seterusnya.

Walaupun pelanggan listrik tersebut mematikan daya listrik yang masuk ke rumah, dengan MCB di kWh-meter pada posisi “OFF”, arus netral tetap akan mengalir.

Arus Netral ke kWh-Meter Saat Terjadi Beban 3 Phase Tidak Seimbang

Apa pengaruhnya pada Meter Prabayar?
Seperti yang dijelaskan pada artikel sebelumnya “Pengawatan Meter PraBayar dan munculnya tulisan “PERIKSA”, adanya arus netral yang tidak diinginkan ini akan membuat masalah pada Meter Prabayar (MPB) bila pengawatan pada MPB tidak benar. Karena MPB cukup peka mengukur perbedaan antara arus phase dan netralnya.
Oke dech sobat…sampai disini dulu tulisannya. semoga sobat ILR menjadi lebih jelas memahami sistem kelistrikan 3 phase dan fenomena arus netralnya serta hubungannya dengan masalah pada MPB. Mudah-mudahan bermanfaat. Mohon maaf bila tulisannya malah jadi rumit dan sulit dimengerti.

http://www.instalasilistrikrumah.com/sistem-listrik-3-phase/