Terdapat satu karakteristik utama dari pasokan listrik arus bolak-balik atau AC yang memerlukan penjelasan, yaitu: “fase”. Pada dasarnya pasokan listrik AC dibagi kedalam sirkuit satu fase dan tiga fase. Sirkuit AC satu fase memiliki dua buah kawat yang dihubungkan ke sumber listrik. Tidak seperti sirkuit DC yang arah arus listrik nya tidak berubah, maka dalam sirkuit AC arah arus berubah berkali-kali tiap detiknya tergantung pada frekuensi pasokan. Listrik 220 volt (V) yang dipasok ke rumah kita merupakan listrik AC satu fase dan memiliki dua buah kawat: ‘ aktif’ dan ‘ netral’ .
Sistim 3 fase memiliki 3 bentuk gelombang (biasanya membawa daya) yaitu 2/3 p radian (120 derajat, 1/3 siklus) untuk waktu tertentu.
Gambar 1. Sistem 3 fase
Gambar 1 menunjukan sistim satu siklus tiga fase, dari 0 hingga 360 derajat (2 p radians), sepanjang aksis waktu. Garis yang diplotkan menunjukan keragaman tegangan sesaat (atau arus) dalam waktu. Siklus ini akan berulang 50 atau 60 kali per detiknya, tergantung pada frekuensi sistem dayanya. Warna garis menyatakan kode pewarnaan Amerika untuk sistem tiga fase: hitam =VL1, merah=VL2 dan biru=VL3.
Sistem pasokan tiga fase selanjutnya dinyatakan oleh hubungan bintang dan delta seperti ditunjukkan dalam Gambar 2 dan 3.
gambar 2. Hubungan Bintang.
Gambar 3. Hubungan Delta.
FORMULA LISTRIK
Tabel dibawah memuat daftar formula/ rumus paling penting untuk sistim listrik.
Minggu, 20 Desember 2009
Fase Listrik
Hukum-Hukum Dasar Listrik
Dalam dunia listrik dikenal beberapa hukum-hukum dasar listrik, yaitu:
1. Hukum Faraday
2. Hukum Ampere-Biot-Savart
3. Hukum Lenz
4. Prinsip Konversi Energi Elektromekanik
Kesemua hukum diatas, bersama dengan hukum kekekalan energi akan menjelaskan mengenai prinsip kerja dasar dari suatu mesin listrik dinamis.
Artikel kali ini akan menjelaskan secara sederhana hubungan kesemua hukum tersebut. Selamat membaca dan semoga bermanfaat.
Hukum Faraday
Michael faraday (1791-1867), seorang ilmuwan jenius dari inggris menyatakan bahwa:
1. Jika sebuah penghantar memotong garis-garis gaya dari suatu medan magnetik (flux) yang konstan, maka pada penghantar tersebut akan timbul tegangan induksi.
2. Perubahan flux medan magnetik didalam suatu rangkaian bahan penghantar, akan menimbulkan tegangan induksi pada rangkaian tersebut.
Kedua pernyataan beliau diatas menjadi hukum dasar listrik yang menjelaskan mengenai fenomena induksi elektromagnetik dan hubungan antara perubahan flux dengan tegangan induksi yang ditimbulkan dalam suatu rangkaian, aplikasi dari hukum ini adalah pada generator. Gambar 1 akan menjelaskan mengenai fenomena tersebut.
Gambar 1. Hukum Faraday, Induksi Elektromagnetik.
Hukum Ampere-Biot-Savart
3 orang ilmuwan jenius dari perancis, Andre Marie Ampere (1775-1863), Jean Baptista Biot (1774-1862) dan Victor Savart (1803-1862) menyatakan bahwa:
“Gaya akan dihasilkan oleh arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar yang berada diantara medan magnetik”
Hal ini juga merupakan kebalikan dari hukum faraday, dimana faraday memprediksikan bahwa tegangan induksi akan timbul pada penghantar yang bergerak dan memotong medan magnetik. Hukum ini diaplikasikan pada mesin-mesin listrik, dan gambar 2 akan menjelaskan mengenai fenomena tersebut.
Gambar 2. Hukum Ampere-Biot-Savart, Gaya induksi Elektromagnetik.
Hukum Lenz
Pada tahun 1835 seorang ilmuwan jenius yang dilahirkan di Estonia, Heinrich Lenz (1804-1865) menyatakan bahwa:
“arus induksi elektromagnetik dan gaya akan selalu berusaha untuk saling meniadakan (gaya aksi dan reaksi)”
Sebagai contoh, jika suatu penghantar diberikan gaya untuk berputar dan memotong garis-garis gaya magnetik, maka pada penghantar tersebut akan timbul tegangan induksi (hukum faraday). Kemudian jika pada ujung-ujung penghantar tersebut saling dihubungkan maka akan mengalir arus induksi, dan arus induksi ini akan menghasilkan gaya pada penghantar tersebut (hukum ampere-biot-savart). Yang akan diungkapkan oleh Lenz adalah gaya yang dihasilkan tersebut berlawanan arah dengan arah gerakan penghantar tersebut, sehingga akan saling meniadakan.
Hukum Lenz inilah yang menjelaskan mengenai prinsip kerja dari mesin listrik dinamis (mesin listrik putar) yaitu generator dan motor.
Gambar 3. Hukum Lenz- gaya aksi dan reaksi.
Konversi Energi Elektromekanik
Ketiga hukum dasar listrik diatas terjadi pada proses kerja dari suatu mesin listrik dan hal ini merupakan prinsip dasar dari konversi energi. Secara garis besar, elektromekanik dari mesin listrik dinamis dinyatakan:
“Semua energi listrik dan energi mekanik mengalir kedalam mesin, dan hanya sebagian kecil saja dari energi listrik dan energi mekanik yang mengalir keluar mesin (terbuang) ataupun disimpan didalam mesin itu sendiri, sedangkan energi yang terbuang tersebut dalam bentuk panas”
Sedangkan hukum kekelan energi pertama menyatakan bahwa:
“energi tidak dapat diciptakan, namun dapat berubah bentuk dari satu bentuk energi ke bentuk energi lainnya”
Aplikasi dari 4 dasar prinsip kerja mesin listrik dinamis dan hukum kekalan energi digambarkan sebagai berikut:
Gambar 4. Prinsip Konversi Energi Elektromekanik.
Tanda positif (+) menunjukkan energi masuk, sedangkan tanda negatif (-) menunjukkan energi keluar. Panas yang dihasilkan dari suatu mesin yang sedang melakukan proses selalu dalam tanda negatif (-).
Sedangkan untuk energi yang tersimpan, tanda positif (+) menujukkan peningkatan energi yang tersimpan, sedangkan tanda negatif (-) menunjukkan pengurangan energi yang tersimpan.
Keseimbangan dari bentuk-bentuk energi diatas tergantung dari nilai efisiensi mesin dan sistem pendinginannya.
Paket Penerangan Listrik Rumah (PLR)
|
PLR (Penerangan Listrik Rumah) adalah paket PLTS untuk memenuhi kebutuhan listrik skala kecil (100-2000 Wh per hari). Berisi peralatan lengkap: modul solar cell, support modul, charge regulator, battery/accu, 3-5 lampu PLS/TL, dan saklar/socket AC/DC untuk Radio/Tape/TV, kabel, dan material instalasi. Tinggal memasang dan langsung dapat dinikmati. Menggunakan modul surya monocrystal dan polycrystal efisiensi tinggi dari Eurosolare, Fuji, R&S, Holec, Siemens, Solarex, Sunseap, BP Solar, Solar World, Solar Energie Technik, Mitsubishi, dll dengan kapasitas modul 10, 20, 40, 50, 80, 100 dan 150 WP yang dilengkapi dengan charge regulator controller yang dapat memperpanjang usia battery dan modul solar cell. System PLR juga dilengkapi dengan kabel instalasi, stop kontak,steker dan komponen pendukung sehingga pemasangan dapat dilakukan dengan sangat mudah. Hanya diperlukan waktu pemasangan: 1 jam (teknisi berpengalaman), 2-3 jam (awam). Dipasang secara individual (Satu rumah satu paket pembangkit tenaga surya). Karenanya cocok untuk program listrik rumah pedesaan (terpencil) dimana rumah satu dengan lainnya berjauhan (akan sangat mahal jika listrik disalurkan melalui jaringan kabel) dan penghematan penerangan lampu rumah untuk kota-kota . Manfaat :
Paket HEMAT ! PLR-4LED Kami merancang dan merakit Paket PLR-4LED tenaga listrik matahari ini digunakan sesuai kebutuhan listrik dengan skala kecil. Paket ini menggunakan 4 buah lampu LED yang hemat energi dan battery 35Ah yang dapat digunakan penerangan rata-rata 10 s/d 14 jam sehari untuk tiap ruangan. Keunggulan paket ini harga lebih terjangkau, lampu menggunakan LED tahan lama, bisa menyala 2 s/d 3 malam, diisi hanya setiap 3-5 hari secara bergantian, tidak memerlukan kabel lampu cukup digantung/dipasang di tembok atau plafon rumah dan bisa sebagai pengganti lampu senter apabila dalam keaadaan di luar rumah. Spekifikasi :
|
sistem pentanahan
a. Semua bagian instalasi yang terbuat dari logam (menghantar listrik) dan dengan mudah bisa disentuh manusia. Hal ini perlu agar potensial dari logam yang mudah disentuh manusia selalu sama dengan potensial tanah (bumi) tempat manusia berpijak sehingga tidak berbahaya bagi manusia yang menyentuhnya.
b. Bagian pembuangan muatan listrik (bagian bawah) dari lightning arrester. Hal ini diperlukan agar lightning arrester dapat berfungsi dengan baik, yaitu membuang muatan listrik yang diterimanya dari petir ke tanah (bumi) dengan lancar, seperti telah dijelaskan pada artikel di sini.
c. Kawat petir yang ada pada bagian atas saluran transmisi. Kawat petir ini sesungguhnya juga berfungsi sebagai lightning arrester. Karena letaknya yang ada di sepanjang saluran transmisi, maka semua kaki tiang transmisi harus ditanahkan agar petir yang menyambar kawat petir dapat disalurkan ke tanah dengan lancar melalui kaki tiang saluran transmisi.
d. Titik netral dari transformator atau titik netral dari generator. Hal ini diperlukan dalam kaitan dengan keperluan proteksi khususnya yang menyangkut gangguan hubung tanah.
Dalam praktik, diinginkan agar tahanan pentanahan dari titik-titik pentanahan tersebut di atas tidak melebihi 4 ohm.
Secara teoretis, tahanan dari tanah atau bumi adalah nol karena luas penampang bumi tak terhingga. Tetapi kenyataannya tidak demikian, artinya tahanan pentanahan nilainya tidak nol. Hal ini terutama disebabkan oleh adanya tahanan kontak antara alat pentanahan dengan tanah di mana alat tersebut dipasang (dalam tanah). Alat untuk
melakukan pentanahan ditunjukkan oleh Gambar 1.
Gambar 1. Macam-macam alat pentanahan.
Dari gambar 1 tampak bahwa ada empat alat pentanahan, yaitu:
1. Batang pentanahan tunggal (single grounding rod).
2. Batang pentanahan ganda (multiple grounding rod). Terdiri dari beberapa batang tunggal yang dihubungkan paralel.
3. Anyaman pentanahan (grounding mesh), merupakan anyaman kawat tembaga.
4. Pelat pentanahan (grounding plate), yaitu pelat tembaga.
Tahanan pentanahan selain ditimbulkan oleh tahanan kontak tersebut diatas juga ditimbulkan oleh tahanan sambungan antara alat pentanahan dengan kawat penghubungnya. Unsur lain yang menjadi bagian dari tahanan pentanahan adalah tahanan dari tanah yang ada di sekitar alat pentanahan yang menghambat aliran muatan listrik (arus listrik) yang keluar dari alat pentanahan tersebut. Arus listrik yang keluar dari alat pentanahan ini menghadapi bagian-bagian tanah yang berbeda tahanan jenisnya. Untuk jenis tanah yang sama, tahanan jenisnya dipengaruhi oleh kedalamannya. Makin dalam letaknya, umumnya makin kecil tahanan jenisnya, karena komposisinya makin padat dan umumnya juga lebih basah. Oleh karena itu, dalam memasang batang pentanahan, makin dalam pemasangannya akan makin baik hasilnya dalam arti akan didapat tahanan pentanahan yang makin rendah.
Gambar 2. Batang pentanahan beserta aksesorisnya.
Gambar 2 menggambarkan batang pentanahan beserta aksesorisnya, yaitu; (1) Konduktor tanah, (2) Penghubung antara konduktor dengan elektroda tanah, dan (3) Elektroda tanah.
Gambar 3. Batang pentanahan dan lingkaran pengaruhnya (sphere of influence).
Sedangkan gambar 3 menggambarkan batang pentanahan beserta lingkaran pengaruhnya (sphere of influence) didalam tanah. Tampak bahwa makin dalam letaknya di dalam tanah sampai kedalaman yang sama dengan kedalaman batang pentanahan, dan lingkaran pengaruh ini makin dekat dengan batang pentanahan. Hal ini disebabkan oleh adanya variasi tahanan jenis tanahnya, seperti ditunjukan oleh tabel tahanan jenis tanah dibawah ini.
Tabel 1. Tahanan jenis berbagai macam tanah dan tahanan pentanahannya.
Tabel 1 menunjukkan tahanan jenis berbagai macam tanah serta tahanan pentanahan dengan berbagai kedalaman dan apabila digunakan pita pentanahan (grounding strip) dengan berbagai ukuran panjang. Dari tabel terlihat bahwa untuk memperoleh tahanan pentanahan 6 Ω di humus lembab, maka batang pentanahannya cukup dipancang sedalam 5 meter tetapi bila di pasir kering kedalamannya harus 165 meter.
penggunaan alat penghemat listrik di rumah
Mengenai penggunaan alat ini pun menjadi topik yang menarik di forum dunia listrik (dapat anda lihat di sini). Namun Dunia listrik berusaha untuk mendapatkan penjelasan yang dapat dipertanggung-jawabkan mengenai keefektifan penggunaan alat penghemat listrik tersebut, dan akhirnya mendapatkan informasi yang diinginkan pada situs PLN-Distribusi Jawa Tengah dan D.I Yogyakarta. Berikut kutipannya:
“Umumnya, penjual memberi iming-iming bila alatnya bisa menghemat listrik 10 hingga 40 persen. Bahkan juga diberi jaminan barang akan diganti baru bila tidak terjadi perubahan tagihan listrik dalam 1 tahun. Tak ayal, ini menjadi magnet tersendiri bagi masyarakat terus berusaha menekan pengeluaran.
Di Indonesia, alat ini mulai dipasarkan sejak 2003. Berbagai merek didatangkan dari luar negeri, baik dari Jerman, Italia maupun negara Eropa lainnya. Meski ada juga buatan lokal yang mengadopsi teknologi luar.
Biasanya, alat hemat energi buatan luar negeri dipatok lebih mahal dibanding buatan lokal. Alat hemat listrik buatan Jerman misalnya dipasarkan dengan harga antara Rp 1,25 juta sampai Rp 1,5 juta, bergantung kapasitas daya yang digunakan. Sedang alat hemat energi buatan lokal berkisar Rp 100 ribu hingga Rp 300 ribu.
Kompensator Daya
Sebetulnya, cara kerja alat itu terbilang sederhana. Menurut teori, untuk mengurangi pemakaian energi listrik diperlukan sebuah kompensator daya. Kompensator ini bekerja sebagai pengatur tegangan yang akan mengurangi catu tegangan ke beban, yang berarti mengurangi catu daya ke beban. Nah, dengan mengurangi catu daya secara otomatis energi yang terpakai pun akan berkurang dibanding keadaan normal.
Ada dua jenis kompensator daya yang banyak beredar di pasaran, yakni kompensator yang dipasang secara paralel dengan beban dan kompensator yang dipasang seri dengan beban. Dari dua jenis kompensator daya ini, yang banyak beredar di pasaran adalah kompensator daya yang dipasang paralel. Jika dirata-rata, perbandingan antara jumlah kompensator daya yang dipasang paralel dengan seri kira-kira 9:1.
Kompensator yang dipasang secara paralel terhadap beban sebenarnya merupakan kompensator daya aktif-reaktif. Asas kerja kompensator ini memanfaatkan jenis arus yang dialirkan PLN ke pelanggan, yakni arus bolak-balik yang memiliki dua komponen daya: aktif dan reaktif. Daya aktif adalah daya sebenarnya yang dibutuhkan beban. Sebaliknya, daya reaktif adalah daya yang dapat terjadi karena induktansi maupun kapasitansi. Induktansi disebabkan komponen yang berbentuk kumparan seperti motor listrik maupun transfomator step down pada adaptor. Sedangkan kapasitansi diakibatkan oleh komponen kapasitor. Resultan atau jumlah dari keduanya kemudian membentuk daya nyata.
Dalam kenyataannya, daya yang dipasok oleh PLN adalah daya nyata. Oleh sebab itu untuk meminimalisasi daya yang dipasok oleh PLN maka sebisa mungkin daya reaktif diminimalisasi. Jika beban bersifat induktif maka diberi kapasitor dan jika beban bersifat kapasitif maka beban diberi induktor. Karena umumnya peralatan yang digunakan dalam lingkungan perumahan bersifat induktif, maka kompensator daya untuk mengeliminasi daya reaktif tak lain berupa kapasitor. Biasanya, alat ini dipasang secara paralel pada jaringan listrik, tepatnya setelah kotak MCB (Mini Circuit Breaker) atau sekering yang telah terpasang sebelumnya.
Sementara itu, kompensator daya yang dipasang seri dengan pemanfaat listrik merupakan sebuah alat penurun kinerja beban dengan cara menurunkan catu daya melalui penurunan tegangan catu. Hasil keluaran dari pemasangan alat kompensator daya jenis seri ini adalah diperoleh penurunan pemakaian daya nyata (watt), tetapi tegangan catu ke pemanfaat listrik juga dibuat turun. Sepintas terlihat sebagai penghematan pemakaian energi listrik, tetapi sesungguhnya kinerja pemanfaat listrik menurun dan dapat berakibat mengurangi umur pemanfaatan listrik.
Untung Rugi Penggunaan Peralatan
Berdasar penelitian alat penghemat energi yang dilakukan Pranyoto, dari bagian Litbang PLN, penggunaan alat penghemat energi, baik berupa kompensator yang dipasang seri atau paralel ternyata tidak memberi kontribusi seperti yang dijanjikan produsen. Alih-alih menurunkan penggunaan daya, yang terjadi pada penggunaan alat semacam itu adalah mengurangi efisiensi peralatan dan umur pemanfaatan listrik. Ini disebabkan meski diperoleh penurunan pemanfaatan daya nyata antara 15 persen hingga 20 persen, tetapi pemanfaatan listrik juga dibuat menurun hingga 20 persen. Misal, AC dan kulkas menjadi kurang dingin dan lampu menjadi redup.
Selain itu, pada kondisi tertentu yang mempertimbangkan adanya hambatan dalam kabel, penghematan yang terjadi dalam rumah sangat kecil. Penghematan hanya akan didapat ketika terjadi kondisi ekstrim dimana daya nyata dua kali lipat daya aktifnya. Namun jika dalam kondisi ideal alat ini justru akan menambah tagihan listrik meskipun besarnya tidak seberapa.
Namun demikian alat ini juga berguna mengoptimalisasi daya listrik agar daya yang digunakan dapat digunakan sesuai daya yang diperbolehkan oleh PLN. Misal, pada perumahan, kWh meter akan menghitung daya aktif, tetapi MCB bekerja berdasarkan arus yang mengalir pada resultan daya nyata. Dengan menggunakan alat ini, maka resiko adanya pemutusan arus (ngejepret) oleh MCB dapat berkurang, dengan catatan bahwa rumah tersebut banyak menggunakan peralatan yang bersifat induktif. Jadi jika sebuah rumah berdaya 900 watt, terkadang dengan peralatan yang berdaya 600 watt atau 700 watt ternyata listriknya ngejepret. Nah, dengan pemasangan alat penghemat energi maka penggunaan daya akan dapat dioptimalkan mendekati 900 watt.
Jurus Menggaet Konsumen
Seringkali seorang calon pembeli tertarik iming-iming penurunan tagihan listrik yang diungkapkan penjual. Biasanya konsumen akan diberi demonstrasi yang meyakinkan. Ada tiga modus yang sering digunakan.
Pertama, dengan menggunakan amperemeter. Ketika kompensator dipasang, amperemeter akan menunjukkan angka lebih rendah dibanding kondisi normal. Konsumen yang biasanya awam dengan masalah kelistrikan seringkali terkecoh. Tentu saja keadaan sebenarnya tidak demikian. Amperemeter mengukur arus pada komponen daya nyata dan bukan pada komponen daya aktif. Walaupun besaran yang ditunjukkan amperemeter akan berubah tergantung apakah alat penghemat dipasang atau tidak, besaran arus pada komponen daya aktif sebenarnya tidak akan berubah.
Kedua, dengan menggunakan wattmeter. ’Jurus’ ini memang lebih cerdik dari yang pertama, karena PLN memang mengukur berdasarkan Watt. Tetapi yang tidak disadari konsumen adalah ada hambatan berukuran besar atau gulungan kabel yang sangat panjang di belakang alat demonstrasi ini yang menghubungkan beban dengan sumber listrik, terkadang bahkan sampai 100 meter. Jelas, ini sangat kontras dengan keadaan instalasi di rumah yang rata-rata hanya mencapai 10 meter.
Ketiga, masih menggunakan wattmeter, tetapi tanpa memperlihatkan besaran tegangan. Alat ini dengan meyakinkan dapat memperlihatkan bahwa penggunaan daya akan dihemat. Tetapi konsumen tidak menyadari bahwa sebenarnya tegangan listrik sudah jauh di bawah 220V, diturunkan dari keadaan normal.
Sebenarnya ada cara mudah menekan tagihan rekening listrik yang tidak memerlukan peralatan tambahan semacam ”alat hemat listrik”. Salah satunya mengkonsumsi listrik seperlunya atau mematikan peralatan saat tidak digunakan. Misal ketika keluar kamar, lampu dimatikan. Jangan lupa pakai lampu hemat energi. Meski agak sedikit mahal tapi konsumsi dayanya jauh lebih kecil dibanding lampu biasa dan umur penggunaannya lebih lama.
So, mudah kan? Tanpa perlu membeli alat hemat listrik yang berharga jutaan, Anda juga dapat menghemat listrik dengan mudah dan nyaman.”