Tokantakon #1 – Kenapa Listrik PLN Menggunakan Sistem 3 fasa

Rubrik Tokantakon ini merupakan konten baru di blog saya yang akan mengulas penjabaran selengkap yang saya bisa terhadap suatu pertanyaan sederhana seputar kelistrikan. Saya kasih nama rubrik ini Tokantakon, karena terinspirasi dari situasi dimana anak yang baru kerja yang suka nanya pertanyaan yang terkesan remeh dan dijawab oleh seniornya “Tokan takon wae!”.

Nah, di edisi perdana ini saya mau mengulas sebuah pertanyaan simple yang kira-kira begini.

Kenapa listrik PLN itu menggunakan sistem 3 fasa, kenapa ngga 2 fasa, 4 fasa atau 6 fasa.

Pertanyaan bagus yang sayang kalo Cuma dijawab, “Karna lebih ekonomis”

Sebelum kita bahas kenapa 3 fasa, kita coba kulik dulu apa itu sistem kelistrikan 3 fasa.

Seperti yang kita ketahui, mayoritas sistem tenaga listrik arus bolak-balik (AC) di belahan dunia manapun membangkitkan, mentransmisikan dan mendistribusikan listrik menggunakan sistem 3 fasa.

Listrik 3 fasa atau yang kita notasikan dengan R,S,T tersebut terjadi karena proses pembangkitannya menggunakan generator yang memiliki 3 armature atau belitan jangkar yang secara fisik terpisah sebesar 120 derajat dari poros armature nya yang kurang lebih begini ilustrasinya.

Sehingga, saat rotor yang diberikan arus eksitasi berputar, maka gerak gaya listrik mendorong elektron bebas pada belitan armature sehingga menghasilkan listrik AC dengan perbedaan sudut fasa sebesar 120 derajat sesuai konstruksi fisik dari belitan jangkar.

Sekarang kita balik lagi ke pertanyaan awal, kenapa 3 fasa, kenapa ngga jumlah lain.

Semenjak perkembangan sistem ketenagalistrikan di abad ke-19 dimana arus AC dijadikan standard baru karena Tesla bersama Westinghouse memenangkan ‘Current War’ melawan Edison, para inovator mengembangkan generator yang dapat menghasilkan listrik multifasa pertama yaitu listrik 2 fasa yang diterapkan pada PLTA di air terjun Niagara, Kanada.

Tetapi perkembangan berikutnya, Tesla berhasil mengembangkan generator 3 fasa yang secara teknis lebih baik dari sistem 2 fasa dalam beberapa hal seperti, power delivery yang dihasilkan generator 2 fasa tidak sehalus generator 3 fasa karena perbedaan sudut fasa sebesar 180 derajat menyebabkan vibrasi dan noise yang jauh lebih besar sehingga rawan kerusakan.

Selain itu, pada sistem kelistrikan 2 fasa tidak dikenal yang namanya konfigurasi star/delta, sehingga sistem 2 fasa harus menggunakan 4 penghantar dengan total losses daya pada sistem sebesar

Lebih besar bila dibandingkan dengan total losses pada sistem 3 fasa sebesar

Hal tersebut karena pada sistem 3 fasa dapat diterakpan konfigurasi star/delta sehingga pada penghantarnya cukup menggunakan 3 penghantar dengan tambahan penghantar pada sistem netral yang hanya membutuhkan material yang lebih kecil.

Selain itu, alasan kenapa sistem 3 fasa digunakan pada transmisi dibanding sistem 1 fasa adalah sebagai berikut.

1. Dengan struktur mekanis yang sama, generator 3 fasa dapat menghasilan daya 150% lebih besar dibandingkan generator 1 fasa.
2. Power delivery generator 3 fasa yang lebih baik karena pulse sinunoidal yang lebih rapat dibandingkan generator 1 fasa sehingga lebih minim fibrasi.
3. Sistem 3 fasa dengan menggunakan 3 penghantar hanya membutuhkan 75% kebutuhan konduktor bila dibandingkan pada sistem 1 fasa  pada kapasitas KVA, rating tegangan, pangjang penghantar yang sama.

Kalau begitu, sistem 4 fasa harusnya jauh lebih bagus dari 3 fasa dong?

Secara teori memang sangat dimungkinkan untuk menggunakan sistem 4 fasa, tetapi ada batasan yang membuat sistem 4 fasa atau lebih tidak dijadikan standar industri ketenagalistrikan dengan alasan meskipun dapat menghasilkan power delivery yang jauh lebih smooth, penerapan sistem 4 fasa secara general tidak lebih ekonomis diakibatkan kompleksitas desain engineering mulai dari generator, transmisi hingga distribusi.

Disamping itu, semakin banyak jumlah fasa pada sistem, untuk menjaga beban agar seimbang pada setiap fasanya akan semakin sulit sehingga dapat berdampak pada efisiensi yang rendah akibat peningkatan arus pada tetral trafo (kalau ada)

Sehingga dengan alasan teknis maupun ekonomis, sistem 3 fasa masih dijadikan standar ketenagalistrikan pada sistem AC dari abad ke-19 sampai sekarang.

Sampaikan di kolom komentar apabila ada kekeliruan atau ada bahan diskusi ya.

Atau barangkali ada yang punya pertanyaan sederhana yang bisa kita bahas lebih detail.

Referensi

1. Adrian Waygood. An Introduction To Electical Science. Routledge. 2013.
2. Stephen L. Herman. Alternating Current Fundamentals 8th Edition. Delmar Cengage Learning. 2011
3. Joseph E. Fleckenstein. Three-Phase Electric Power. CRC Press. 2016