Kalkulasi tegangan jatuh dan Sumber data kabel produk 4 besar

                         Download dalam format WMV     Click disini  

Apa arti praktis kalkulasi tegangan jatuh listrik bagi seorang perencana listrik ketenagaan? Kalkulasi ini adalah sama artinya dengan perencanaan ukuran-ukuran kabel daya dan sistem proteksi listrik ketenagaan yang aman suatu bangunan atau utilitas plant. Contohnya jika seorang insinyur listrik diminta untuk merancang ukuran kabel 3-fasa untuk suatu pompa submersible listrik 150 HP, 380 V yang akan digunakan sebagai pompa banjir( katakan banjir lumpur Porong Sidoarjo). Pompa tersebut berjarak 125 meter dari sumber listriknya(atau panel induknya), berapa ukuran kabel yang aman, tidak panas tetapi ekonomis, kemudian berapa ukuran rating pemutus tenaga (Circuit Breaker atau Fuse) agar dapat memproteksi kabel secara aman terhadap beban lebih. 

Seorang mahasiswa calon insinyur atau ahli madya yang serius belajar disiplin ilmunya seharusnya menguasai program spread-sheet excel sehingga kalkulasi kelistrikan secara umum akan lebih cepat difahami, dilatih, dan diingat terus sebagai pegangan bagi seorang praktisi listrik ketenagaan. Karena variabel-variabel ukuran kabel yang banyak, dan pembebanan arus yang juga bervariasi tergantung dari kebutuhan beban listrik, maka menggunakan program excel adalah merupakan keharusan. Berikut ini bentuk formulasi dasar tegangan jatuh dalam bentuk format excel/ppt yang dapat dikembangkan lebih jauh untuk aplikasi yang berbeda. Click disini

Kalkulasi tegangan jatuh listrik sebenarnya berdasarkan hukum Ohm kemudian ditambahkan faktor reaktansi (induktif atau kapasitif) dan faktor daya, maka formulasinya untuk aplikasi tegangan rendah sampai tegangan menengah 20 KV dapat ditulis sbb : 

Tegangan jatuh = 1.732*R*I*cos f + 1.732*X*I*sin f 

dimana 1.732 adalah hasil akar 3 ( beban 3-fasa), I adalah arus beban, R adalah resistansi arus bolak-balik AC ( bukan arus searah DC) , X adalah reaktansi induktif, dan cos f adalah faktor daya. 

Kemudian data-data resistansi kabel dapat dicari dari buku katalog spesifikasi kabel seperti Supreme, Kabel Metal, Kabelindo, Tranka, Voksel yang bisa diminta langsung ke fabrikannya atau produk luar negeri untuk industri perminyakan seperti Pirelli atau Okonite. Data resistansi kabel pada umumnya disajikan dalam bentuk satuan Ohm per-kilometer sebagai resistansi arus searah DC, artinya resistansi terbaca jika kita mengukur dengan alat ukur Ohm-meter. Yang kita perlukan adalah resistansi AC (arus bolak-balik), kalau ditampilkan resistansi AC pada suhu 90 derajat Celsius maka resistansinya menjadi lebih besar. Umumnya suhu inti konduktor kabel yang diizinkan adalah 70 derajat Celsius, jadi resistansinya lebih kecil dari tabel. 

Rumus tegangan jatuh diatas dapat diaplikasikan untuk arus searah DC maka faktor daya = 1 sehingga formulasinya untuk kabel 2 jalur adalah Tegangan jatuh = 2*R*I dimana R adalah resistansi DC ( hasil pengukuran alat Ohm-meter) dan I adalah arus searah DC. 

Berapa jatuh tegangan kerja yang diizinkan. Jika tegangan rumah 220 Volt dan misalnya kita menerima dari sumber PLN hanya 200 Volt berari jatuh tegangan 10%, maka hal ini akan mengganggu performance motor listrik mesin pendingin (Air Conditioner atau Kulkas) atau pompa air. Jatuh tegangan maksimum 5% dari sumber ke beban konsumen masih dapat diterima sistem (misalnya sumber 400 Volt dan kita sebagai konsumen menerima tegangan kerja setelah dibebani sebesar 380 Volt), tetapi untuk perencanaan terkadang ada yang menetapkan 2,5 %, tergantung untuk aplikasi dimana dan semuanya akan mempengaruhi total biaya instalasi listrik. 

Sebagai referensi online, pembaca dapat meng-click link-link situs Okonite atau General Electric untuk studi perbandingan aplikasi tegangan jatuh, tetapi ingat rating tegangan listrik Amerika berbeda dengan Indonesia, jadi kita harus mengkonversikan dahulu dan pula mereka menggunakan standar ukuran kabel AWG( lihat tabel konversi AWG dan mm2 dibawah). Silahkan pembaca melatih formulasi tegangan jatuh ini dengan excel dengan data dari berbagai sumber dan silahkan dikembangkan lebih jauh.

Link tekno-ekonomi kabel daya

Produk kabel Supreme www.sucaco.com

Kabelmetal - Kabelmetal www.gtkabel.com

Produk kabel Jembo www.jembo.com

Produk kabel Voksel www.voksel.co.id/content/product/default_product.asp

Testing Calibration - LMK http://www.pln-litbang.co.id/beta

Perhitungan Voltage-drop http://www.geocities.com/kelistrikan/Kalkulasi_tegangan_jatuh.ppt

Okonite Voltage drop calculation http://www.okonite.com/engineering/voltage-regulation.html

Engineering-tips-forum http://www.eng-tips.com/viewthread.cfm?qid=92665

TEGANGAN JATUH KABEL TEMBAGA (Sumber data kabel produk 4 besar, Okonite, Pirelli)
Ukuran kabel tembaga			RDC 20 C	RAC 90 C	XAC 50 Hz	Tegangan jatuh susunan kabel trefoil di udara	Rating Amp maks pd 30 C kabel trefoil di udara	Tegangan jatuh L=100mtr, I=80% rating kabel trefoil di udara	Tegangan jatuh = 1.732*R*I*cos f + 1.732*X*I*sin f
mm2	AWG	wire	Ohm/km	Ohm/km	Ohm/km	mV/Amp/mtr	Amp	Volt	Volt
Multicore 380 VAC, 3-fase 50 Hz
1.5	#14	1/1.38	11.9	15.232	0.012	27.0	18	39	30
2.5	#12	1/1.78	7.14	9.139	0.099	16.0	25	32	25.5
4	#10	1/2.25	4.47	5.722	0.093	10.0	34	27	21.8
6	#8	1/2.76	2.97	3.802	0.088	6.80	44	24	18.9
10	#6	1/3.57	1.77	2.266	0.084	4.00	60	19	15.5
16	#4	7/1.70	1.13	1.446	0.081	2.50	80	16	13.4
25	#2	7/2.14	0.712	0.911	0.081	1.60	105	13	11.3
35	#1	7/2.52	0.514	0.658	0.078	1.15	130	12	10.3
Single Core 380 VAC, 3-fase 50 Hz
50	2/0	19/1.78	0.379	0.485	0.094	0.87	215	15	13.2
70	3/0	19/2.14	0.262	0.335	0.090	0.61	270	13	12.1
95	4/0	19/2.52	0.189	0.242	0.087	0.45	335	12	11.4
120	250 MCM	37/2.03	0.150	0.192	0.084	0.37	390	11.5	11
150	300 MCM	37/2.25	0.122	0.157	0.084	0.31	445	11	10.9
185	400 MCM	37/2.50	0.0972	0.126	0.084	0.26	510	10.6	10.7
240	500 MCM	61/2.25	0.074	0.097	0.081	0.22	606	10.7	10.6
300	600 MCM	61/2.52	0.059	0.078	0.080	0.195	701	10.9	10.7
400	750 MCM	61/2.85	0.0461	0.063	0.079	0.175	820	11.5	11.1
500	1000 MCM	61/3.20	0.0366	0.051	0.078	0.160	936	12	11.3
TEGANGAN JATUH KABEL ALUMINIUM (Sumber data kabel produk 4 besar, Okonite, Pirelli)
Ukuran kabel aluminium			RDC 20 C	RAC 50 C	XAC 50 Hz	Tegangan jatuh susunan kabel trefoil di udara	Rating Amp maks pd 30 C kabel trefoil di udara	Tegangan jatuh L=100mtr, I=80% rating kabel trefoil di udara	Tegangan jatuh = 1.732*R*I*cos f + 1.732*X*I*sin f
mm2	AWG	wire	Ohm/km	Ohm/km	Ohm/km	mV/Amp/mtr	Amp	Volt	Volt
Single Core 380 VAC, 3-fase 50 Hz
50	2/0	19/1.78	0.641	0.718	0.106		166		14.7
70	3/0	19/2.14	0.443	0.497	0.103		210		9.4
95	4/0	19/2.52	0.320	0.359	0.098		258		8.8
120	250 MCM	37/2.03	0.253	0.284	0.097		300		8.5
150	300 MCM	37/2.25	0.206	0.232	0.097		344		8.4
185	400 MCM	37/2.50	0.164	0.185	0.096		398		8.3
240	500 MCM	61/2.25	0.125	0.142	0.092		476		8.3
300	600 MCM	61/2.52	0.100	0.114	0.090		551		8.4
400	750 MCM	61/2.85	0.0778	0.090	0.090		645		8.7
500	1000 MCM	61/3.20	0.0605	0.071	0.089		752		9.1
PERBANDINGAN TEKNIS & HARGA KABEL TEMBAGA(NYY) DAN ALUMINIUM(NA2XY) SINGLE CORE
Ukuran kabel		RAC 90 C Tembaga	RAC 90 C Aluminium	XAC 50 Hz Tembaga	XAC 50 Hz Aluminium	Rating Amp maks pd 30 C kabel trefoil di udara	Rating Amp maks pd 30 C kabel trefoil di udara	NYY USD/mtr May 2006	NA2XY USD/mtr May 2006
mm2	AWG	Ohm/km	Ohm/km	Ohm/km	Ohm/km	Tembaga	Aluminium	Tembaga	Aluminium
50	2/0	0.485	0.718	0.094	0.106	215	166	US $ 5.9	US $ 1.2
70	3/0	0.335	0.497	0.090	0.103	270	210	US $ 8.8	US $ 1.5
95	4/0	0.242	0.359	0.087	0.098	335	258	US $ 11.1	US $ 1.9
120	250 MCM	0.192	0.284	0.084	0.097	390	300	US $ 14.1	US $ 2.9
150	300 MCM	0.157	0.232	0.084	0.097	445	344	US $ 17.1	US $ 3.3
185	400 MCM	0.126	0.185	0.084	0.096	510	398	US $ 21.4	US $ 4.5
240	500 MCM	0.097	0.142	0.081	0.092	606	476	US $ 27.9	US $ 5.8
300	600 MCM	0.078	0.114	0.080	0.090	701	551	US $ 36.2	US $ 7.1
400	750 MCM	0.063	0.090	0.079	0.090	820	645	US $ 47.3	US $ 9.3
500	1000 MCM	0.051	0.071	0.078	0.089	936	752	US $ 56.7	US $ 11.2

RDC = Resistansi DC pada 20 Celsius ; R AC= Resistansi AC pada 90 Celsius trefoil ;  X AC= Reaktansi  pada 50 Hz trefoil 

Contoh soal 1 :        (Click dlm tabel excel)

Sebuah pompa listrik tipe submersible daya 30HP/22 KW,380 VAC,3-fase digunakan untuk drainase tambang batubara dengan jarak 100 meter antara panel distribusi & starternya, berapa tegangan stabil diterima starter pompa jika tegangan sisi panel distribusi awal 385 VAC, dan kabel yang digunakan adalah NYFGBY 4c16 mm2 antara panel distribusi dan starter? ( Abaikan jarak starter dan pompa)

Jawaban : Arus beban motor adalah = 22 / ( 1.732 * 0.38 * 0.8 ) = 42 Amp

Tegangan jatuh = 42 * 2.5 * 100/1000 = 10.4 Volt

Tegangan stabil diterima Starter = 385 - 10.4 = 375 Volt (Dibawah rating)

Perhitungan dengan rumus :  

Tegangan jatuh =  1.732*R*I*cos f + 1.732*X*I*sin f = 1.732*42(0.078*0.8+0.081*0.6)*100/1000= 8.7 Volt

Contoh soal 2 :       (Click dlm tabel excel)

Sebuah mesin kompresor chiller daya 545 HP/400 KW, 380 VAC, 3-fase digunakan utk sistem pendingin udara bangunan mall dengan jarak 200 meter antara panel distribusi & starternya, berapa tegangan diterima starter chiller jika tegangan sisi panel distribusi awal 390 VAC dan kabel yang digunakan adalah NYY 2x(4x1c300) mm2 dng susunan trefoil di atas ladder antara panel distribusi dan starter ? (Abaikan jarak starter & chiller)

Jawaban : Arus beban motor adalah = 400 / ( 1.732 * 0.38 * 0.8 ) = 760 Amp
Teg jatuh = 760 * 0.195 * 200/(2 * 1000) = 15 Volt  , Tegangan stabil diterima starter = 390 - 15 = 375 Volt (Dibawah rating)
Jika digunakan tabel untuk NYY 3x(4x1c300) mm2 :
Teg jatuh = 760 * 0.195 * 200/(3 * 1000) = 10 Volt  , Tegangan stabil diterima starter = 390 - 10 = 380 Volt

Perhitungan dengan rumus untuk NYY 2x(4x1c300) mm2 :  

Tegangan jatuh =  1.732*R*I*cos f + 1.732*X*I*sin f = 1.732*760(0.078*0.8+0.08*0.6)*200/(1000*2) = 14.5 Volt

Jika digunakan NA2XY 2x(4x1c400) mm2 :

Tegangan jatuh =  1.732*R*I*cos f + 1.732*X*I*sin f = 1.732*760(0.0778*0.8+0.09*0.6)*200/(1000*2) = 12.8 Volt

Disalin dari : http://www.geocities.ws/kelistrikan/powercable.htm