Ir. Malam Yang Baik

BEKALAN AT DAN AU

1. Elektrik

• Pergerakan elektron selaju 3 x 10⁸m/s (arus elektrik).

• Elektron mengalir disebabkan oleh tekanan (voltan).

2. Unit Elektrik

• Arus Elektrik – I Ampere).

• Voltan – V (Volt).

• Rintangan/ Beban – R,Z(Ohm).

• Kuasa- P (Watt).

3. Hubungan Antara Unit Elektrik

• HUKUM OHM: hubungan antara arus (I), voltan (V) dan rintangan (R).

• Apabila terdpt voltan merintangi perintang, arus akan mengalir.

I =V/R

V=IR

P=IV=V²/R

4. Litar Elektrik

• Satu sitem yang terdiri daripada beberapa komponen elektrik yang mampu memberi laluan elektrik supaya tenaga elektrik dapat dipindah dan dimanfaatkan dalam pelbagai bentuk (cahaya, bunyi, tenaga mekanikal).

5. Bahagian-Bahagian Litar Elektrik

• Punca kuasa – membekalkan voltan.

• Pengalir – laluan electron.

• Beban – menukar tenaga.

• Peranti kawalan – mengawal litar.

• Peranti Perlindungan – melindungi litar.

• Penebat.

6. Jenis Bekalan Elektrik

a. Arus terus (AT)

Gambarajah 1.1 : Arus Terus (AT)

• V dan I tetap I =V/R

• V=IR.

• P=IV=V²/R.

• Contoh : bateri, janakuasa arus terus.

b. Arus ulangalik (AU)

· Gelombang ulang alik ialah gelombang yang berubah mengikut masa.

· Pada suatu masa nilainya positif dan suatu masa lain nilainya negatif.

· Magnitud arus dan voltan berubah-ubah mengikut masa.

V(t)=f(t) f(t)=i(t)

Gambarajah 1.2 : Arus Ulang Alik (AU)

7. Amplitud

• Titik maximum suatu gelombang.

• Symbol : Vm, Im.

8. Frekuensi

• bilangan kitaran gel sinus dalam 1 saat.

• Simbol = f.

• Unit = kitar per saat atau Hertz (Hz).

F = 1 / T (kitar/saat)

9. Nilai Purata dan Nilai Berkesan

• Gelombang DC, nilai ketikanya adalah sama.

• Gelombang AC, nilai ketikanya berubah-ubah.

• Maka perlu mengetahui nilai ketika dan berkesan.

a. Nilai purata :

Vpurata =

= 0.63/Vm

b. Nilai Berkesan :

· Nilai berkesan bagi arus au melesapkan kuasa yang sama dengan kuasa yang dilesapkan oleh arus terus yang sama nilainya di dalam resistor tsb.

· Pengiraan nilai berkesan berdasarkan kaedah pengkamiran :

I_pmkd =

= I_m/√2

Sudut fasa, θ

1. Sudut fasa - anjakan gelombang dari paksi tegak.

2. Simbol – q

3. Unit – darjah (°) atau radian

4. Jika sudut fasa sama – gelombang adalah sefasa

5. Jika ada anjakan sudut (beza fasa) – gelombang tidak sefasa

Gambarajah 1.3 : Sudut Fasa

6. Merujuk kepada gelombang diatas,

v(wt) = V_m sin wt

i(wt) = I_m sin (wt + q)

v₁(wt) = V_m1 sin (wt – θ₁)

7. Rumusan bagi ketiga-tiga gelombang diatas adalah :

a) i(wt) mendulu v(wt) dengan sudut q radian atau v(wt) mengekor i(wt) dengan sudut q radian.

b) v₁(wt) mengekor v(wt) dengan sudut θ₁ radian atau v(wt) mendulu v₁(wt) dengan sudut θ₁ radian.

Perwakilan Pemfasa

1. Pemfasa – nombor kompleks yang mewakili magnitud dan sudut bagi gelombang au

2. Perwakilan pemfasa bagi gelombang voltan dan arus ulang alik merupakan satu garis lurus dimana, magnitudnya sama dengan nilai berkesan gelombang & sudut fasa gelombang, θ dalam unit darjah yang diukur dari paksi rujukan.

Gelombang Þ v(t) = V_m sin (wt + θ°) V

Voltan Sinus

Pemfasa Þ V = V_pmkd Ð θ °

Rajah 1.4 : Gambarajah pemfasa voltan

Kuasa Dalam Litar Arus Ulangalik

1. Bagi litar arus terus kuasa yg terjana adalah sentiasa tetap bg sebrg perubahan masa.

2. Maka, kuasa seketika ditulis sbg:

P(t) = V(t). I(t) (Watt)

3. Untuk bekalan au pula,

V(t) = Vm sin wt

I(t) = Im sin (wt ± θ)

4. Hasil darab voltan ketika dan arus ketika akan memberi nilai kuasa ketika yang dibekalkan kepada litar.

5. Maka, kuasa ketika mempunyai nilai + atau – bergantung kepada tempoh masa yang dipertimbangkan.

6. Kuasa + menunjukkan perpindahan tenaga dari punca bekalan ke litar yang dibekal.

7. Kuasa – menunjukkan perpindahan tenaga dari litar ke punca bekalan.

Kuasa Purata (P), Kuasa regangan(Q), kuasa Ketara (S) dan kuasa kompleks (Sk)

1. Secara umum,

Kuasa, P_purata = 1/T ∫₀^T p(t) dt

purata = Vm Im kos θ

2

= (Vm/√2) (Im/√2) kos θ

= V_pmkd. I_pmkd kos θ (Watt)a

2. Kuasa purata juga dikenali sebagai kuasa aktif atau kuasa sebenar.

3. Kuasa regangan, Q dikenali sebagai kuasa reaktif.

Q = V _pmkd. I _pmkd sin θ (VAR)

4. Kuasa ketara, S digunakan sebagai kadaran kuasa bagi mesin-mesin elektrik atau pengubah.

S = V _pmkd. I _pmkd (VA)

S = P ± jQ (VA)

S = S б0°

i. Utk litar induktif,

S = P + jQ (VA)

= V_pmkd.I_pmkd kos θ + j V_pmkd.I_pmkd sin θ

= SÐθ

ii. Utk litar kapasitif,

S = P - jQ (VA)

= V_pmkd.I_pmkd kos θ - j V_pmkd.I_pmkd sin θ

= SÐ- θ

Segitiga Kuasa

• Persamaan-persamaan yang berkaitan dgn kuasa purata P, kuasa rengan Q dan kuasa ketara S boleh dibentuk secara geometric menggunakan rajah segitiga tepat yang dipanggil segitiga kuasa.

• Rajah di atas menunjukkan rajah pemfasa dan segitiga kuasa bagi beban induktif di mana arus mengekor voltan.

Dgn S = VI

P = VI cos θ

Q = VI sin θ

Rajah 1.5 : Gambarajah Segitiga Kuasa

Faktor Kuasa (Fk)

1. Faktor kuasa didefinisikan sebagai nisbah kuasa purata kepada kuasa ketara.

Faktor kuasa, fk = kuasa purata = P

Kuasa ketara S

=

= kos θ

2. Faktor kuasa dinyatakan sebagai faktor kuasa mendulu ialah apabila arus mendulu voltan bagi litar kapasitif, manakala faktor kuasa mengekor arus mengekor voltan bagi lita induktif.

3. Nilai faktor kuasa adalah di antara 0 → 1.

Pembetulan Faktor Kuasa (Fk)

1. Secara umumnya, beban praktikal adalah berbentuk rintangan dan aruhan.

2. Maka, beban pd kebiasaannya berada pd factor kuasa mengekor dgn nilai <>

3. Keburukan yg timbul akibat factor kuasa yg rendah:

• penjana yg digunakan perlu mempunyai nilai kdran kuasa yg lebih besar.

• Arus yg tinggi mengalir, oleh itu, memerlukan saiz kabel yg lebih besar.

• Kehilangan kuasa dlm talian penghantaran adalah tinggi.

• Kecekapan penghantaran kuasa melalui talian penghantaran menjadi lebih rendah.

4. Oleh itu, pembetulan factor kuasa perlu dilakukan.

5. Terdapat 2 kaedah yg biasa dilakukan utk pembetulan faktor kuasa:

• penggunaan pemuat yg disambung scr selari dgn beban.

• Penggunaan mesin segerak yg dismbg secara selari dgn beban.

SISTEM 1 FASA DAN 3 FASA

Sistem 1 Fasa

1. Bekalan elektrik AC yang mempunyai satu sumber voltan.

2. Arus ulangalik akan mengalir apabila ada beban.

3. Frekuensi voltan dan arus adalah sama 50Hz.

4. Dibekalkan oleh dua dawai pengalir (Life and Neutral).

5. Biasanya akan terdapat sudut fasa antara voltan dan arus. Ini adalah disebabkan oleh beban litar, samada litar induktif atau beban kapasitif.

6. Sekiranya beban induktif, voltan akan mendahului arus dengan sudut θ₁.

7. Manakala bagi beban kapasitif, arus akan mendahului voltan dengan sudut θ₂.

8. Kuasa Dalam Sistem 1 Fasa

S = V.I

P = V.I cos θ

Q = V.I sin θ

f.k = cos θ

Contoh :

Sebuah motor aruhan satu fasa beroperasi dengan voltan 240V, 50Hz mengambil kuasa 5 kW dari bekalan. Motor ini beroperasi pada f. k 0.7 mengekor. Kira ;

a) arus yang diambil

b) kuasa ketara motor

c) kuasa reaktif motor

d) sudut fasa antara voltan dan arus.

Sistem 3 Fasa

1. Sistem AU yang telah dilihat sebelum ini hanya melibatkan satu bekalan voltan dan oleh itu sistem ini dikenali sebagai sistem satu fasa,

2. Sistem 3-fasa secara ringkasnya ialah gabungan 3 sistem satu fasa. Ketiga-tiga voltan satu fasa ini mempunyai magnitud yang sama tetapi dipisahkan antara satu sama lain dengan sudut fasa 120⁰.

3. Kuasa elektrik pada umumnya dijana, dihantar serta diagihkan kepada pengguna dengan menggunakan sistem 3-fasa.

4. Sistem bekalan satu fasa boleh diperolehi dari sistem bekalan 3 fasa ini dengan hanya menggunakan salah satu dari 3 fasa voltan yang dibekalkan.

5. Kilang-kilang biasanya menggunakan sistem 3 fasa untuk menjalankan mesin-mesin besar, manakala pengguna di rumah kediaman hanya menggunakan salah satu dari 3 fasa voltan yang dijana.

6. Terdapat dua jenis sambungan sistem 3 fasa, bintang dan delta.

7. Penjanaan Sistem 3 Fasa

• Penjanaan sistem 3-fasa adalah berasaskan kepada penjanaan sistem satu fasa yang telah dilihat sebelum ini.

• Untuk menjana 3 voltan dengan bezafasa 120⁰ antara satu sama lain, tiga gelung (berbanding dengan satu gelung untuk sistem 1 fasa) perlu di putar melalui kutub selatan dan utara dan gelung-gelung ini perlu dipisah dengan sudut 120⁰.

• Ini bermakna 3 fasa voltan akan terjana pada tiga pasang hujung gelung-gelung ini. Jika bilangan lilitan bagi setiap gelung adalah sama dan kelajuan putaran adalah sekata, magnitud dan frekuensi voltan-voltan yang terjana ini juga akan sama.

Voltan sinus yang dijana oleh penjana 3 fasa

• Jenis sistem 3-fasa, samada bintang atau delta, adalah bergantung kepada bagaimana hujung-hujung gelung ini disambung.

Kaedah Sambungan Sistem 3 Fasa

1. Dua kaedah sambungan 3-fasa akan dilihat : sambungan bintang (atau Y) dan sambungan delta (D).

2. Kedua-dua sambungan ini boleh dilakukan pada bekalan atau pada beban. Oleh itu beberapa konfigurasi untuk sistem 3-fasa di antara bekalan dan beban boleh dibuat :

a) Sambungan bintang-bintang.

b) Sambungan bintang-delta.

c) Sambungan delta-delta.

d) Sambungan delta-bintang.

3. Sambungan Bintang

• Penjana 3 fasa sambungan bintang juga dikenali sebagai penjana 3 fasa sambungan wye (Y).

• Sambungan bintang dibuat dengan menyambungkan hujung setiap gegelung pengalir yang mempunyai polariti yang sama dengan satu titik sepunya yang dipanggil titik neutral, N.

Penjana 3 fasa, sambungan bintang 3 talian

• Voltan di antara terminal talian dan talian dikenali sebagai voltan talian (V_RY), manakala voltan antara talian dan titik neutral dikenali sebagai voltan fasa ( V_AN).

• Magnitud voltan adalah √3 voltan fasa. Manakala sudut fasa bagi voltan talian mendulu voltan fasa sebanyak 30˚.

Arus fasa menyamai arus talian. I_talian = I _fasa.

• Sekiranya beban adalah seimbang, talian neutral adalah tidak perlu. Walau bagaimanapun talian neutral diperlukan untuk mengalirkan arus berlebihan kembali ke penjana sekiranya beban tidak seimbang.

4. Sambungan Delta (∆)

• Dalam sistem 3 fasa sambungan delta, ketiga-tiga gegelung pengalir RR’, YY’ dan BB’ bersambung secara sesiri antara satu sama lain.

• Penjana 3 fasa, sambungan delta

• Voltan talian, V_T bagi sambungan delta adalah sama dengan voltan fasa, V_F dari segi magnitud dan sudut fasa.

• Bagi sambungan delta, arus fasa adalah tidak sama dengan arus talian.

• Magnitude arus talian adalah √3 arus fasa, manakala sudut fasa bagi arus talian mengekor arus fasa sebanyak 30˚.

I_talian = √3I_fasa

Kuasa Dalam Sistem 3 Fasa

1. Sambungan Bintang

• Bagi sistem 3 fasa seimbang sambungan bintang, jumlah kuasa aktif dalam sistem boleh dikira dengan mengambil kira kuasa aktif pada satu fasa dan didarabkan dengan 3.

• Ini kerana kuasa aktif pada ketiga-tiga fasa adalah sama. Kuasa aktif pada fasa R, Y dan B bagi beban sambungan bintang masing-masing diberi oleh :

dengan

maka, jumlah kuasa aktif 3 fasa adalah:

Bagi sambungan bintang, dan , maka kuasa aktif 3 fasa boleh juga ditulis sebagai :

2. Sambungan Delta

Bagi sistem 3 fasa seimbang sambungan delta, kuasa aktif pada setiap fasa adalah:

dengan

maka, jumlah kuasa aktif 3 fasa adalah:

Bagi beban sambungan delta, dan , maka kuasa aktif 3 fasa boleh juga ditulis sebagai :

Contoh :

1. Sebuah motor 3 fasa ,415V sambungan bintang mempunyai keluaran 50kW dengan kecekapan 90% dan f,k 0.85. kirakan arus talian serta lakarkan rajah pemfasa untuk voltan dan arus. Jika motor disambung secara delta, apakah voltan bekalan yang sesuai untuk motor ini.

2. Satu litar 3 fasa seimbang sambungan bintang dengan voltan talian 415V mengalirkan arus talian 25A apabila disambung kepada beban yang mempunyai factor kuasa 0.8 mengekor. Lukiskan gammbarajah pemfasa untuk voltan dan arus untuk system ini. Dapatkan jumlah kuasa yang diserap oleh beban tiga fasa ini.

Sistem Bekalan TNB

1. Voltan 3 fasa (50Hz)

Rangkaian penghantaran utama adalah:

i. 275kV.

ii. 132kV.

iii. 66kV.

2. Rangkaian pengagihan adalah:

i. 33kV.

ii. 22kV (utk kawasan yg terhad).

iii. 11kV.

iv. 6.6kV (utk kawasan yg terhad).

v. 415 V.

vi. 240 V (satu fasa).

3. Sistem

• Sistem voltan rendah (415/240V): 3 fasa 4 talian.

• Sistem ini adalah gabungan talian atas dan talian bwh tanah.

Kaedah Pembekalan

1. Single consumer spt kawasan perumahan, kilang, rumah kedai.

• Satu fasa, 2 talian, 240V sehingga 12kVA

• 3 fasa, 4 talian, 415V sehingga 45kVA

• 3 fasa, 4 talian, CT metered 415V sehingga 1500kVA

2. Multi tenanted premises seperti flat, pejabat, bangunan komersial :

a. Voltan rendah:

• 3 fasa, 4 talian, CT metered 415V sehingga 1500kVA

b. Voltan tinggi, voltan terlampau tinggi

• 3 fasa, 4 talian, 6.6kV dan 11kV utk beban 1500kVA

• 3 fasa, 4 talian, 22 kV dan 33kV utk beban 5000kVA

• 3 fasa, 3 talian, 66 kV, 132kV dan 275kV max beban sehingga 20MVA.