Fenomena Frekwensi Listrik

Berbicara mengenai frekwensi listrik tidak lepas dari analisa dari pembangkit listrik/generator, karena sumbernya dari situ. Bagi yg non electrical yg masih kurang faham apa itu frekwensi saya coba kasih gambaran disini.

Frekwensi sebenarnya adalah karakteristik dari tegangan yg dihasilkan oleh generator. Jadi kalau dikatakan frekwensi 50 hz, maksudnya tegangan yg dihasilkan suatu generator berubah-ubah nilainya terhadap waktu, nilainya berubah secara berulang-ulang sebanyak 50 cycle setiap detiknya. jadi tegangan dari nilai nol ke nilai maksimum (+) kemudian nol lagi dan kemudian ke nilai maksimum tetapi arahnya berbalik (-) dan kemudian nol lagi dst (kalau digambarkan secara grafik akan membentuk gelombang sinusoidal) dan ini terjadi dalam waktu yg cepat sekali, 50 cycle dalam satu detik. Jadi kalau kita perhatikan beban listrik seperti lampu, sebenarnya sudah berulang kali tegangan nya hilang (alias nol) tapi karena terjadi dalam waktu yg sangat cepat maka lampu tersebut tetap hidup.

Jadi kalau kita amati fenomena ini dan mencoba bereksperimen, coba kita buat seandainya kalau frekwensinya rendah, kita ambil yg konservatif misalnya 1 hz, apa yg terjadi maka setiap satu detik tegangan akan hilang dan barulah kelihatan lampu akan hidup-mati secara berulang-ulang seperti lampu flip-flop (lihat animasi disebelah kanan).

Dari analisa diatas kita bisa tarik kesimpulan bahwa untuk kestabilan beban listrik dibutuhkan frekwensi yg tinggi supaya tegangan menjadi benar-benar halus (tidak terasa hidup-matinya). Nah sekarang timbul pertanyaan kenapa 50 hz atau 60 hz kenapa gak dibuat saja yg tinggi sekalian 100 hz atau 1000 hz biar benar-benar halus. untuk memahami ini terpaksa kita harus menelusuri analisa sampai ke generatornya. Tegangan yg berfrekwensi ini yg biasa disebut juga tegangan bolak-balik (alternating current) atau VAC, frekwensinya sebanding dengan putaran generator. Secara formula N = 120f/P
N = putaran (rpm)
f = frekwensi (hz)
P = jumlah pasang kutub generator, umumnya P = 2

Dengan menggunakan rumus diatas, untuk menghasilkan frekwensi 50 hz maka generator harus diputar dengan putaran N = 3000 rpm, dan untuk menghasilkan frekwensi 60 hz maka generator perlu diputar dengan putaran 3600 rpm, jadi semakin kencang kita putar generatornya semakin besarlah frekwensinya. Nah setelah itu apa masalahnya? kenapa gak kita putar saja generatornya dengan putaran super kencang biar menghasilkan frekwensi yg besar sehingga tegangan benar2 halus. Kalau kita ingin memutar generator maka kita membutuhkan turbine, semakin tinggi putaran yg kita inginkan maka semakin besarlah daya turbin yg dibutuhkan, dan selanjutnya semakin besarlah energi yg dibutuhkan untuk memutar turbin. Kalau sumber energinya uap maka makin banyaklah uap yg dibutuhkan, dan makin besar jumlah bahan bakar yg dibutuhkan, dst dst.

Para produsen generator maupun turbine tentunya mempunyai batasan dan tentunya setelah para produsen bereksperimen puluhan tahun dengan mempertimbangkan segala sudut teknis maka dibuatlah standard yangg 50 hz dan 60 hz itu, yg tentunya dinilai cukup efektif untuk kestabilan beban dan effisien dari sisi teknis maupun ekonomis. Eropa menggunakan 50 hz dan Amerika menggunakan 60 hz. Setelah adanya standarisasi maka semua peralatan listrik di desain mengikuti ketentuan ini. Jadi logikanya kalau 50 hz atau 60 hz saja sudah mampu membuat lampu tidak kelihatan kedap-kedip untuk apalagi dibuat frekwensi lebih tinggi yg akan memerlukan turbine super kencang dan sumber energi lebih banyak sehingga tidak efisien.

Baik tegangan maupun frekwensi dari generator bisa berubah-ubah besarnya berdasarkan range dari beban nol ke beban penuh. sering kita temui spesifikasi menyebutkan tegangan plus minus 10% dan frekwensi plus minus 5%. Ini artinya sistim supplai listrik/generator harus di desain pada saat beban penuh tegangan tidak turun melebihi 10% dan pada saat beban nol tegangan tidak naik melebihi 10%, begitu juga dengan frekwensi.

Berlian Syako
Lead Electrical Engineer
Escravos Export System Project - Chevron Nigeria Ltd
(hasil diskusi di yahoo groups)

mengenai sejarah frekuensi listrik, bisa dibaca disini:
http://electrical-science.blogspot.com/2009/12/history-of-power-frequency.html