BAB II LANDASAN TEORI

BAB II LANDASAN TEORI

2.1. Hukum Kirchhoff Hukum Kirchhoff merupakan salah satu hukum dalam ilmu Elektronika yang berfungsi untuk menganalisis arus dan tegangan dalam rangkaian. Hukum Kirchoff pertama kali diperkenalkan oleh seorang ahli fisika Jerman yang bernama Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) pada tahun 1845. Hukum Kirchhoff terdiri dari 2 bagian yaitu Hukum Kirchhoff 1 dan Hukum Kirchhoft 2. 1. Pengertian dan Bunyi Hukum Kirchhoff 1 Hukum Kirchhoff 1 merupakan Hukum Kirchhoff yang berkaitan dengan dengan arah arus dalam menghadapi titik percabangan. Hukum Kirchhoff 1 ini sering disebut juga dengan Hukum Arus Kirchhoff atau Kirchhoff’s Current Law (KCL). Bunyi Hukum Kirchhoff 1 adalah sebagai berikut : “Arus Total yang masuk melalui suatu titik percabangan dalam suatu rangkaian listrik sama dengan arus total yang keluar dari titik percabangan tersebut.”

5

http://digilib.mercubuana.ac.id/

6

2. Pengertian dan Bunyi Hukum Kirchhoff 2 Hukum Kirchhoff 2 merupakan Hukum Kirchhoff yang digunakan untuk menganalisis tegangan (beda potensial) komponen-komponen elektronika pada suatu rangkaian tertutup. Hukum Kirchhoff 2 ini juga dikenal dengan sebutan Hukum Tegangan Kirchhoff atau Kirchhoff’s Voltage Law (KVL). Bunyi Hukum Kirchhoff 2 dalah sebagai berikut : “ Total Tegangan (beda potensial) pada suatu rangkaian tertutup adalah nol “ 2.2. Grounding Sistem pembumian (grounding system) adalah suatu perangkat instalasi yang berfungsi untuk melepaskan arus petir ke dalam bumi, salah satu kegunaannya untuk melepas muatan arus petir. Tingkat kehandalan sebuah grounding ada di nilai konduktivitas logam terhadap tanah yang ditancapinya. Semakin konduktif tanah terhadap benda logam, maka semakin baik. Kelayakan grounding harus bisa mendapatkan nilai tahanan sebaran maksimal 5 ohm (PUIL 2000 : 68) dengan menggunakan earth ground tester. Namun begitu, untuk daerah yang resistans jenis tanahnya sangat tinggi, resistans pembumian total seluruh sistem boleh mencapai 10 ohm (PUIL 2000 : 68). Dalam PUIL 2000 ( Persyaratan Umum Instalasi Listrik tahun 2000) iIstilah Grounding ,mengacu kepada standard internasional, dan dibuat sebagai pedoman dalam pelaksanaan pekerjaan instalasi listrik, dipakai istilah pembumian, dan memiliki pengertian sebagai “penghubungan suatu titik sirkit listrik atau suatu


7

penghantar yang bukan bagian dari sirkit listrik, dengan bumi menurut cara tertentu” 2.2.1. Sistem Grounding 1. Safety Grounding Bisa juga disebut grounding untuk keselamatan perangkat. Safety grounding ini diaplikasikan pada jalur kelistrikan dan pada penangkal petir. Tujuan dari pemasangan Safety Grounding, harapannya adalah untuk meminimalisir dampak arus jahat yang dihasilkan oleh naik turunnya tegangan dan arus listrik atau akibat gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh petir. 2. RF Grounding Sistem grounding ini digunakan kusus untuk instalasi perangkat komunikasi radio. Tujuan RF grounding adalah untuk mengurangi dampak pancaran radiasi gelombang radio komunikasi. RF grounding ini diterapkan pada perangkatperangkat HIfh Frequensi (HF) dan perangkat yang membutuhkan power besar (sampai dengan kW). Harapan dengan pemasangan RF Grounding pada sistem komunikasi High Frequensi adalah dapat mengurangi dampak radiasi dari gelombang radio komunikasi.


8

Gambar 2.1. Sistem Grounding 2.2.2. Fungsi Grounding

1. Perlindungan dari tegangan tinggi Grounding dalam sistem instalasi listrik berungsi untuk mengurangi atau menghindari bahaya yang disebabkan oleh tegangan tinggi.misalnya bahaya petir dengan tegangan tinggi 2. Penstabil tegangan Grounding dapat berfungsi untuk menstabilkan tegangan pada banyak sumber tegangan. Jika tidak terdapat titik referensi umum untuk semua sumber tegangan, akan terjadi kesulitan antar masing-masing hubungan


9

3. Mengatasi arus yang lebih Grounding juga berfungs untuk mengatasi arus yang berlebih, karena sistem grounding ini menyediakan level keselamatan baik kerusakan peralatan atau manusia 2.3. Transformator Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energy listrik satu atau lebih rangkaian listrik satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gandeng magnet berdasarkan prinsip induksi-elektromagnet. Transformator adalah alat yang digunakan untuk mengubah tegangan bolak balik (ac) dari suatu nilai tertentu ke nilai yang kita inginkan terdiri dari kumparan primer dan sekunder.

Gambar 2.2.Transformator

Perkembangan dan penerapan system transformator pada perumahan, perkantoran maupun pada kendaran yaitu mobil dewasa ini mengalami peningkatan yang pesat. Dan disini trafo primer sekunder akan diaplikasikan di instalasi listrik


10

rumah tangga yang akan berperan penting untuk menghilangkan arus bocor pada peralatan – peralatan rumah tangga dan juga tidak akan terjadi induksi lagi pada peralatan rumah tangga serta akan menjadikan peralatan aman dari induksi.

2.3.1 Jenis – jenis Transformator 1. Step-Up

Gambar 2.3. Skema transformator step-up

Transformator step-up adalah transformator yang memiliki lilitan sekunder lebih banyak daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penaik tegangan. Transformator ini biasa ditemui pada pembangkit tenaga listrik sebagai penaik tegangan yang dihasilkan generator menjadi tegangan tinggi yang digunakan dalam transmisi jarak jauh.

2. Step-down

Gambar 2.4. Skema transformator step-down


11

Transformator step-down memiliki lilitan sekunder lebih sedikit daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan. Transformator jenis ini sangat mudah ditemui, terutama dalam adaptor AC-DC.

3. Autotransformator

Gambar 2.5. Skema transformator

Transformator jenis ini hanya terdiri dari satu lilitan yang berlanjut secara listrik, dengan sadapan tengah. Dalam transformator ini, sebagian lilitan primer juga merupakan lilitan sekunder. Fasa arus dalam lilitan sekunder selalu berlawanan dengan arus primer, sehingga untuk tarif daya yang sama lilitan sekunder bisa dibuat dengan kawat yang lebih tipis dibandingkan transformator biasa. Keuntungan dari autotransformator adalah ukuran fisiknya yang kecil dan kerugian yang lebih rendah daripada jenis dua lilitan. Tetapi transformator jenis ini tidak dapat memberikan isolasi secara listrik antara lilitan primer dengan lilitan sekunder. Selain itu, autotransformator tidak dapat digunakan sebagai penaik tegangan lebih dari beberapa kali lipat (biasanya tidak lebih dari 1,5 kali).


12

4. Autotransformator Variabel

Gambar 2.6. Skema Autotransformator Variabel Autotransformator variabel sebenarnya adalah autotransformator biasa yang sadapan tengahnya bisa diubah-ubah, memberikan perbandingan lilitan primersekunder yang berubah-ubah. 5. Transformator Isolasi Transformator isolasi memiliki lilitan sekunder yang berjumlah sama dengan lilitan primer, sehingga tegangan sekunder sama dengan tegangan primer. Tetapi pada beberapa desain, gulungan sekunder dibuat sedikit lebih banyak untuk mengkompensasi kerugian. Transformator seperti ini berfungsi sebagai isolasi antara dua kalang. Untuk penerapan audio, transformator jenis ini telah banyak digantikan oleh kopling kapasitor.

6. Transformator Pulsa Transformator pulsa adalah transformator yang didesain khusus untuk memberikan keluaran gelombang pulsa. Transformator jenis ini menggunakan


13

material inti yang cepat jenuh sehingga setelah arus primer mencapai titik tertentu, fluks magnet berhenti berubah. Karena GGL induksi pada lilitan sekunder hanya terbentuk jika terjadi perubahan fluks magnet, transformator hanya memberikan keluaran saat inti tidak jenuh, yaitu saat arus pada lilitan primer berbalik arah.

7. Transformator Tiga Fasa Transformator tiga fasa sebenarnya adalah tiga transformator yang dihubungkan secara khusus satu sama lain. Lilitan primer biasanya dihubungkan secara bintang (Y) dan lilitan sekunder dihubungkan secara delta (Δ).

2.3.2. Prinsip Kerja dan Komponen Transformator

Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua (skunder) yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan. Inti besi berfungsi untuk mempermudah jalan fluksi, magnetik yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan. Dibuat dari lempengan-lempengan besi tipis yang berisolasi, untuk mengurangi panas (sebagai rugi – rugi besi) yang ditimbulkan oleh arus pusar atau arus eddy (eddy current).


14

Gambar 2.7. Bagian-BagianTransformator

Gambar 2.8. Lambang Transformator Inti besi pada trafo dibedakan menjadi 2 macam yaitu : 1. Inti besi tipe Shell (Shell Core Transformator) 2. Inti besi tipe tertutup (Closed Core Transformator)


15

Kedua jenis inti besi ini dapat dilihat seperti pada gambar 2.9 berikut ini.

Gambar 2.9. Inti trafo

Pada trafo dengan inti besi berbentuk shell, kumparan dikelilingi oleh inti besi. Fluks magnetik pada inti besi tipe shell akan terbelah dua. Sementara kumparan primer dan kumparan sekunder digulung bersamaan. Untuk trafo yang memiliki inti besi tipe tertutup. Tidak ada pembagian fluk magnetik. Kumparan primer dan kumparan sekunder terpisah dan dihubungkan dengan inti besi. Inti besi trafo tidak dibuat berbentuk besi tunggal, tetapi dibuat dari pelat besi yang berlapis – lapis. Bentuk lapisan pelat besi pada inti trafo dapat dilihat seperti pada gambar 3 berikut ini.


16

Gambar 2.10. Inti besi berlapis pada trafo Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah ketika Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah. Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti besi ke kumparan sekunder,sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik (mutual inductance).

Gambar 2.11.Skema transformator kumparan primer dan kumparan sekunder terhadap medan magnet


17

Pada skema transformator diatas, ketika arus listrik dari sumber tegangan yang mengalir pada kumparan primer berbalik arah (berubah polaritasnya) medan magnet yang dihasilkan akan berubah arah sehingga arus listrik yang dihasilkan pada kumparan sekunder akan berubah polaritasnya.

Gambar 2.12. Hubungan antara tegangan primer, jumlah lilitan primer, tegangan sekunder, dan jumlah lilitan sekunder

Hubungan antara tegangan primer, jumlah lilitan primer, tegangan sekunder, dan jumlah lilitan sekunder, dapat dinyatakan dalam persamaan :

Vp/Vs = Np/Ns ……………………………………………………………….(2.1)

Vp = tegangan primer (volt) Vs = tegangan sekunder (volt) Np = jumlah lilitan primer Ns = jumlah lilitan sekunder


18

Berdasarkan perbandingan antara jumlah lilitan primer dan jumlah lilitan skunder transformator ada dua jenis yaitu :

1. Transformator step up yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik rendah menjadi tinggi, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan sekunder

lebih

banyak

daripada

jumlah

lilitan

primer

(Ns

>

Np).

2. Transformator step down yaitu transformator yang mengubah tegangan bolakbalik tinggi menjadi rendah, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan primer

lebih

banyak

daripada

jumlah

lilitan

sekunder

(Np

>

Ns).

Pada transformator (trafo) besarnya tegangan yang dikeluarkan oleh kumparan sekunder adalah:

1. Sebanding dengan banyaknya lilitan sekunder (Vs ~ Ns). 2. Sebanding dengan besarnya tegangan primer ( VS ~ VP). 3. Berbanding terbalik dengan banyaknya lilitan primer,

Vs ~ 1/Np ……………………………………………………………………(2.2) Sehingga dapat dituliskan: Vs = Ns/Np x Vp ………………………………………………………….......(2.3)

2.3.3. Efisiensi Transformator Sebuah

trafo

tidak

membutuhkan

bagian

yang

bergerak

untuk

memindahkan energi dari kumparan primer ke kumparan sekunder. Ini berarti tidak


19

ada kerugian karena gesekan atau hambatan udara seperti yang terdapat pada mesin – mesin listrik (contoh motor listrik dan generator). Namun di dalam trafo juga terdapat kerugian yang disebut rugi-rugi tembaga (copper losses) dan rugi-rugi besi (iron losses). Rugi-rugi tembaga terdapat pada kumparan primer dan kumparan sekunder, sedangkan rugi-rugi besi terdapat dalam inti besi. Rugi-rugi ini berupa panas yang dilepaskan akibat terjadinya Eddy current. Tetapi rugi-rugi ini sangat kecil. Efisiensi sebuah trafo dapat dihitung dengan membandingkan daya yang dikeluarkan di kumparan sekunder dengan daya yang diberikan pada kumparan primer. Sebuah trafo ideal akan memiliki efisiensi sebesar 100 %. Artinya semua daya yang diberikan pada kumparan primer dipindahkan ke kumparan sekunder tanpa ada kerugian. Sebuah trafo yang real memiliki efisiensi di bawah 100% dan pada saat beban penuh (full load) efisiensi trafo berkisar pada harga 80 – 85%. Untuk trafo yang bekerja pada tegangan dan frekuensi yang konstan, efisiensi trafo dapat mencapai 85%. Efisiensi trafo dapat dinyatakan :

………………………..(2.4)

2.3.4. Rugi -Rugi Daya pada Transformator Rugi – rugi yang terjadi pada inti besi disebut “iron losses “ (rugi-rugi besi). Kerugian pada inti besi terdiri dari :


20

1. Hysterisis losses (rugi-rugi histerisis) Kerugian histerisis disebabkan oleh gesekan molekul yang melawan aliran gaya magnet di dalam inti besi. Gesekan molekul dalam inti besi ini menimbulkan panas. Panas yang timbul ini menunjukan kerugian energi, karena sebagian kecil energi listrik tidak dipindahkan , tetapi diubah bentuk menjadi energi panas. Panas yang tinggi juga dapat merusak trafo ,sehingga pada trafo – trafo transmisi daya listrik ukuran besar, harus didinginkan dengan media pendingin. Umumnya digunakan minyak khusus untuk mendinginkan trafo ini. Sebuah trafo didesain untuk bekerja pada rentang frekuensi tertentu. Menurunnya frekuensi arus listrik dapat menyebabkan meningkatnya rugi-rugi histerisis dan menurunkan kapasitas (VA) trafo. 2. Kerugian karena Eddy current (eddy current losses) Kerugian karena Eddy current disebabkan oleh aliran sirkulasi arus yang menginduksi logam. Ini disebabkan oleh aliran fluk magnetik disekitar inti besi. Karena inti besi trafo terbuat dari konduktor (umumnya besi lunak), maka arus Eddy yang menginduksi inti besi akan semakin besar. Eddy current dapat menyebabkan kerugian daya pada sebuah trafo karena pada saat terjadi induksi arus listrik pada inti besi, maka sejumlah energi listrik akan diubah menjadi panas. Ini merupakan kerugian. Untuk mengurangi arus Eddy, maka inti besi trafo dibuat berlapis-lapis, tujuannya untuk memecah induksi arus Eddy yang terbentuk di dalam inti besi.


21

Perbedaan induksi arus Eddy di dalam inti besi tunggal dengan inti besi berlapis dapat dilihat pada gambar 5 berikut ini.

Gambar 2.13. Inti besi utuh dan inti besi berlapis 3. Rugi-rugi tembaga (copper losses) Rugi – rugi yang ketiga adalah rugi-rugi tembaga (copper losses). Rugi-rugi tembag terjadi di kedua kumparan. Kumparan primer atau sekunder dibuat dari gulungan kawat tembaga yang dilapisi oleh isolator tipis yang disebut enamel. Umumnya kumparan dibuat dari gulungan kawat yang cukup panjang. Gulungan kawat yang panjang ini akan meningkatkan hambatan dalam kumparan. Pada saat trafo dialiri arus listrik maka hambatan kumparan ini akan mengubah sejumlah kecil arus listrik menjadi panas yaitu sebesar (i2R). Semakin besar harga R maka semakin besar pula energi panas yang timbul di dalam kumparan. Mutu kawat yang bagus dengan nilai hambatan jenis yang kecil dapat mengurangi rugi – rugi tembaga.


22

Sebuah trafo yang ideal diasumsikan: 1. Tidak terjadi rugi-rugi hysteresis 2. Tidak terjadi induksi arus Eddy 3. Hambatan dalam kumparan = 0, akibatnya tidak ada rugi-rugi tembaga. 2.3.5. Gulungan Kawat pada Transformator Menggulung kawat pada kumparan trafo tidak dilakukan dengan sembarangan, tetapi mengikuti aturan tertentu. Pada trafo fase tunggal, terdapat 2 gulungan kumparan, yaitu gulungan pada kumparan primer yang terhubung langsung ke sumber arus listrik dan gulungan kumparan sekunder yang terhubung langsung ke beban. Perbandingan jumlah gulungan antara kumparan primer dan kumparan sekunder akan menentukan jenis trafo, apakah jenis step-up atau stepdown. Bila gulungan kawat pada kumparan primer lebih banyak dibandingkan dengan gulungan kawat pada kumparan sekunder maka trafo akan berfungsi sebagai penurun tegangan atau step-down trafo. Sebaliknya jika gulungan kawat pada kumparan sekunder lebih banyak dari pada gulungan kawat pada kumparan primer, maka trafo akan berfungsi untuk menaikan tegangan atau step-up trafo. Jenis material kawat yang banyak digunakan untuk membuat kumparan adalah kawat tembaga. Kawat tembaga memiliki konduktivitas listrik yang bagus, tetapi memiliki berat yang besar. Untuk mengurangi berat transformator, sering juga digunakan jenis kawat aluminium. Kawat dengan bahan dasar aluminium memiliki berat jenis yang kecil, tetapi kawat ini tidak tahan terhadap panas dan konduktivitasnya masih lebih kecil dibandingkan dengan tembaga.


23

Satu hal yang penting dalam menggulung kumparan trafo adalah arah gulungan (orientasi titik). Kumparan primer dan kumparan sekunder dapat digulung searah, tetapi dapat juga digulung berlawanan arah. Hal ini akan berpengaruh ke fasa arus listrik. Apabila kumparan primer dan kumparan sekunder digulung searah, maka fasa arus listrik pada kumparan primer akan sama dengan fasa arus listrik pada kumparan sekunder. Sebaliknya apabila arah gulungan kumparan primer dan sekunder berlawanan arah, maka fasa arus listrik pada kumparan primer akan berlawanan dengan fasa arus listrik pada kumparan sekunder. Untuk jelasnya dapat dilihat pada gambar berikut ini.

Gambar 2.14. Gulungan searah dan gulungan berlawanan

Trafo dapat digunakan untuk menaikan atau menurunkan tegangan. Trafo yang digunakan untuk menaikan tegangan disebut trafo step – up sedangkan trafo yang digunakan untuk menurunkan tegangan disebut trafo step-down. Pada trafo


24

step – up tegangan pada sisi sekunder akan lebih tinggi dari tegangan pada sisi primer sebaliknya pada trafo step down tegangan sisi sekunder akan lebih rendah dari tegangan pada sisi primer. Selain trafo step-up dan trafo step –down juga ada trafo impedansi. Trafo impedansi tidak menaikan atau menurunkan tegangan, tetapi digunakan untuk menyesuaikan impedansi suatu rangkaian listrik atau dapat juga digunakan sebagai beban dan filter terhadap medan magnet.

2.4. MCB (Miniature Circuit Breaker) MCB (Miniature Circuit Breaker) adalah saklar atau perangkat elektromekanis yang berfungsi sebagai pelindung rangkaian instalasi listrik dari arus lebih (over current). Terjadinya arus lebih ini, mungkin disebabkan oleh beberapa gejala, seperti: hubung singkat (short circuit) dan beban lebih (overload). MCB sebenarnya memiliki fungsi yang sama dengan sekring (fuse), yaitu akan memutus aliran arus listrik circuit ketika terjadi gangguan arus lebih. Yang membedakan keduanya adalah saat terjadi gangguan, MCB akan trip dan ketika rangkaian sudah normal, MCB bisa di ON-kan lagi (reset) secara manual, sedangkan fuse akan terputusdan tidak bisa digunakan lagi. MCB biasa diaplikasikan atau digunakan pada instalasi rumah tinggal, pada instalasi penerangan, pada instalasi motor listrik di industri dan lain sebagainya.


25

Gamabar 2.15. MCB (Miniature Circuit Breaker) Prinsip kerja MCB sangat sederhana, ketika ada arus lebih maka arus lebih tersebut akan menghasilkan panas pada bimetal, saat terkena panas bimetal akan melengkung sehingga memutuskan kontak MCB (Trip). Selain bimetal, pada MCB biasanya juga terdapat solenoid yang akan mengtripkan MCB ketika terjadi grounding (ground fault) atau hubung singkat (short circuit).

Namun penting juga untuk di ingat, bahwa MCB juga bisa trip dengan panas (over heating) yang diakibatkan karena kesalahan desain/perencanaan instalasi, seperti ukuran kabel yang terlalu kecil untuk digunakan dalam arus yang tinggi, sehingga menghasilkan panas, yang lama-kelamaan akan melekungkan bimetal dan mengtripkan MCB. Oleh karena itu penggunaan kabel instalasi juga harus memperhatikan standar maksimum arus (A) kabel yang akan digunakan, dan arus kabel tersebut tidak boleh lebih kecil dari arus maksimum rangkaian/circuit.

Pada dasarnya pemutusan aliran listrik yang dilakukan oleh MCB berasal dari dua prinsip, yakni prinsip panas dan prinsip elektromagnetik. Prinsip panas digunakan


26

saat MCB memutuskan arus karena beban lebih sedangkan prinsip elektromagnetik digunakan saat MCB mendeteksi adanya hubung singkat.

1. Pemutusan MCB karena Elektromagnetik Pemutusan dilakukan oleh koil yang terinduksi dan mempunyai medan magnet. Akibatnya poros yang terdapat didekatnya akan tertarik dan menjalankan tuas pemutus. Pada saat MCB bekerja karena hubung singkat (konsleting) akan terdapat panas yang sangat tinggi, MCB dilengkapi dengan pemadam busur api untuk meredam panas tersebut.

2. Pemutusan MCB karena panas Pemutusan dilakukan karena terdapat beban lebih. Karena beban lebih maka akan menimbulkan panas. Panas ini akan membuat bimetal melengkung dan mendorong tuas pemutus akibatnya MCB akan trip (memutuskan arus).

2.4.1. Fungsi MCB (Miniature Circuit Breaker) 1. Pengaman hubung singkat Hubung singkat atau konsleting memang kerap sekali terjadi di Indonesia. Tak jarang terdapat rumah atau pasar yang terbakar karena hubung singkat listrik. Ada banyak faktor yang menyebabkan terjadinya hubung singkat, salah satunya adalah tidak digunakannya pengaman hubung singkat. Sebagai contoh saja di pos ojek biasanya mengambil listrik langsung dari tiang listrik, listrik yang diambil tersebut langsung dilewatkan ke sakelar kemudian diteruskan ke lampu dan beberapa perangkat elektronik lain. Jika suatu saat beban melebihi batas


27

kemampuan kabel dan terjadi hubung singkat maka tak ada pengaman yang terpasang sehingga menyebabkan timbulnya panas dan bunga api, panas dan bunga api inilah yang menimbulkan kebakaran. sekarang pikirkan jika hal ini terjadi dipasar atau di rumah warga

2. Mengamankan beban lebih Biasanya pelanggan telah mengontrak listrik degan PLN, kontrak yang dilakukan adalah berapa daya yang dikontrak oleh pelanggan. Misalnya pelanggan mengontrak daya 450 maka jika daya yang digunakan sudah melebihi 450 secara otomatis MCB akan trip (putus). Pemasangan Instalasi yang dilakukan PLN dirumah pelanggan disesuaikan dengan kontrak yang telah disepakati, misalnya dengan daya 450 maka kabel yang akan dipasang adalah yang sesuai untuk daya 450. Semakin besar daya yang dikontrak maka penyesuaian kabel juga akan dilakukan. Kabel memiliki daya hantar listrik tersendiri, jika kita menghantarkan arus 30A dengan kabel kecil maka kabel tersebut tidak akan kuat dan akhirnya panas dan terbakar. Bayangkan jika MCB yang kita gunakan tidak membatasi pemakaian arus bisa jadi berhubung banyak orang yang awam tentang listrik terjadilah kebakaran dimana-mana akibat listrik.

3. Sebagai sakelar utama MCB yang terpasang dirumah kita selain berfungsi sebagai Pengaman dari terjadinya hubung singkat dan beban lebih juga bisa difungsikan sebagai sakelar utama instalasi rumah kita. Jika kita ingin memasang lampu atau memasang kotakkontak (steker) dirumah kita maka kita hanya perlu menggunakan MCB untuk


28

memutus semua arus listrik didalam rumah. Selain itu MCB juga bisa digunakan sebagai pemutus aliran listrik saat anda bepergian dalam waktu yang lama. Misalkan anda ingin pergi ke luar kota selama 1 minggu jangan lupa untuk mematikan aliran listrik dirumah anda dengan cara turunkan sakelar MCB.

2.5. Varistor Varistor atau disebut sebagai Variabel Resistor atau juga disebut VoltageDependent Resistors, adalah merupakan piranti elektronik yang berfungsi untuk mengatasi gelombang tegangan sesaat yang tidak diinginkan (Topan K.G,1991). Sehingga dapat dipergunakan sebagai proteksi didalam suatu rangkaian elektronik. Pertama kali varistor dibuat dari bahan berbasis selenium yang banyak dipergunakan pada peralatan telekomunikasi. Varistor memiliki resistansi yang rendah pada tegangan tinggi, dan sebaliknya akan memiliki resistansi tinggi pada tegangan rendah.

Gambar 2.16. Varistor

Gambar 2.17. Simbol Varistor


29

Gamabar 2.18. Bagian-bagian Varistor/VDR (Voltage Dependent Resistor) Keterangan: a. Pelat metal b. Zink oxid c. Metal oxid d. Bahan PVC e. Kaki VDR (Voltage Dependent Resistor)

2.5.1. Karaktristik Varistor Varistor atau VDR (Voltage Dependent Resistor) yaitu suatu resistor dengan nilai tahanan yang variabel non-linier tergantung dari nilai tegangan yang diberikan pada VDR (Voltage Dependent Resistor) tersebut. Nilai resistansi VDR (Voltage Dependent Resistor) akan tinggi pada saat tegangan yang diberikan pada VDR tersebut berada dibawah tegangan ambang (treshold) dan resistansi akan turun dengan cepat pada saat tegangan yang diberikan pada VDR tersebut melebihi nilai ambang(treshold). Bertambah besarnya harga tegangan yang terdapat diujung kedua VDR (Voltage Dependent Resistor), maka hambatan VDR (Voltage Dependent Resistor)


30

semakin menurun. Dalam praktek VDR (Voltage Dependent Resistor) digunakan sebagai stabilisator tegangan, atau sebagai pengaman rangkaian terhadap kelebihan tegangan. Sebuah tegangan tergantung resistor memiliki berbagai resistensi nonlinier, tergantung pada tegangan yang diberikan . Impedansi tinggi di bawah kondisi beban nominal, tapi tajam akan menurun ke nilai yang rendah ketika ambang tegangan , tegangan rusaknya , terlampaui . Mereka sering digunakan untuk melindungi sirkuit terhadap tegangan transien yang berlebihan . Ketika sirkuit terkena tegangan tinggi transien , varistor mulai melakukan dan klem tegangan transient ke tingkat yang aman . Energi dari gelombang yang masuk dilakukan secara parsial dan sebagian diserap , melindungi sirkuit itu jenis yang paling umum adalah MOV , atau oksida logam varistor . Mereka terbuat dari matriks sinter seng oksida ( ZnO ) butir . Batas butir memberikan PN junction karakteristik semikonduktor , mirip dengan persimpangan dioda . Matriks butir berorientasi secara acak dapat dibandingkan dengan jaringan besar dioda secara seri dan paralel. Ketika tegangan rendah diterapkan, arus mengalir hanya sangat sedikit, yang disebabkan oleh kebocoran sebaliknya melalui persimpangan. Namun ketika tegangan tinggi diterapkan , yang melebihi breakdown - tegangan , persimpangan mengalami kerusakan longsor dan arus yang besar dapat mengalir . Hasil Perilaku ini dalam nonlinear karakteristik arus-tegangan . Hubungan antara arus ( I) melalui dan tegangan ( V ) di terminal , biasanya dijelaskan oleh : I = k xV α

…………………………………………………………………(2.5)


31

α jangka menggambarkan tingkat non- linearitas . Gambar dibawah menunjukkan kurva karakteristik dari MOV ( α tinggi ) dan SiC varistor ( α rendah)

Gamabar 2.19. Karaktristik dari MOV dan SiC varistor

Parameter seleksi penting adalah tegangan menjepit, arus puncak, energi pulsa maksimum, dinilai AC / DC tegangan dan arus siaga. Ketika digunakan pada jalur komunikasi, kapasitansi juga merupakan parameter penting. Sebuah kapasitansi tinggi dapat bertindak sebagai filter untuk sinyal frekuensi tinggi atau menyebabkan crosstalk, membatasi bandwidth yang tersedia dari garis komunikasi. Varistor berguna untuk perlindungan durasi pendek dalam kasus tegangan transien tinggi gelombang di urutan 1-1000 mikrodetik. Mereka namun tidak cocok untuk menangani lonjakan berkelanjutan. Jika energi pulsa transien dalam joule (J) terlalu tinggi dan secara signifikan melebihi peringkat maksimum absolut, mereka dapat mencair, terbakar atau meledak. MOV menurunkan bila terkena lonjakan diulang. Setelah setiap gelombang MOV menjepit tegangan bergerak sedikit lebih rendah, berapa banyak


32

tergantung pada peringkat joule MOV dalam kaitannya dengan pulsa. Sebagai tegangan menjepit jatuh lebih rendah dan lebih rendah, modus kegagalan yang mungkin adalah sirkuit pendek parsial atau lengkap, ketika tegangan menjepit turun di bawah tegangan dilindungi. Situasi ini dapat menyebabkan bahaya kebakaran. Untuk mencegah bahaya kebakaran, mereka sering dihubungkan secara seri dengan sekering termal yang memutus MOV dalam kasus overheating. Untuk membatasi degradasi, disarankan untuk menggunakan penjepit tegangan setinggi sirkuit dilindungi memungkinkan, untuk membatasi jumlah paparan gelombang.

2.5.2. Pengaplikasian Varistor Karakteristik nonlinier varistor yang membuat mereka ideal untuk digunakan sebagai perangkat protektor . Sumber transien tegangan tinggi dapat misalnya menjadi sambaran petir , pelepasan elektrostatik atau debit induktif dari motor atau transformer . Mereka misalnya sering digunakan dalam protektor strip daya . Jenis khusus dengan kapasitansi rendah melindungi jalur komunikasi . VDR ini berguna untuk berbagai macam aplikasi yang dapat mencakup :



Telepon dan perlindungan jalur komunikasi lainnya



Peralatan komunikasi radio penindasan transien



Protektor sambungan listrik



Sistem TV kabel pelindung gelombang



Perlindungan power supply



perlindungan mikroprosesor



Perlindungan peralatan elektronik


33



Tegangan rendah perlindungan tingkat dewan



Lonjakan tegangan transien penekan ( TVSS )



Perlindungan elektronik mobil



Perlindungan AC energi tinggi

2.6. Sistem Dasar Instalasi Listrik Disini akan dijelaskan tentang instalasi dasar listrik dengan cara simulasi menyalakan lampu dengan menggunakan power DC maupun AC. 2.6.1 Sistem Instalasi Listrik Menggunakan Power DC Instalasi listrik DC ecara umum adalah hubungan antara power, netral dan grounding,tapi disini saya menggunakan sistem tanpa menggunakan grounding, dan gambar 2.20 dibawah sistem instalasi untuk menyalakan sebuah lampu, ada fasa dan netral dihubungkan ke lampu, dan lampu akan menyala seperti biasa pada instalasi listrik rumah tangga.

+ Lampu Menyala _

Gambar 2.20. Model 1 Sistem dengan Sumber DC Dan selanjutnya sistem yang sama tapi disini instalasinya menggunakan grounding. Gambar 2.21 dibawah menggambarkan


sistem instalasi untuk

34

menyalakan sebuah lampu dengan menggunakan grounding dan lampu akan menyala, kenapa lampu itu menyala padahal kabel fasa dan kabel netral tidak terpasang pada lampu tersebut dan justru tersambung pada grounding, kenapa lampu itu menyala dikarenakan grounding disini juga sebagai penghantar bila ditanamkan ditanah dan seakan-akan kabel netral tersambung ke instalasi lampu tersebut karna akan menjadi sistem instalasi listrik loop.

+ Lampu Menyala _

Grounding

Grounding

Gambar 2.21. Model 2 Sistem Grounding dengan Sumber DC

Selanjut untuk sistem yang sama untuk menyalakan sebuah lampu, gambar 2.22 dibawah menggambar sistem instalasi yang menggunakan fasa/sumber listrik yang menggantung tidak terhubung pada instalasi lampu dan

netral juga

menggantung tidak terhubung, maka akibatnya lampu tersebut padam walaupun menggunakan grounding.


35

+ Lampu Padam _

Grounding

Gambar 2.22. Model 3 Sistem Grounding dengan Sumber DC Dan sistem dibawah ini juga sama seperti pada gambar 2.23 , kabel Fasa menggantung tidak terhubung dengan instalasi lampu dan kabel netral terhubung dengan lampu, jadi mengakibatkan lampu tidak menyala atau padam, walaupun disini menggunakan grounding dan kenapa tidak menyala karna sumber listrik atau kabel fasa tidak terhubung pada grounding atau terhbung langsung pada lampu.

+ _ Lampu Padam

Gambar 2.23 Model 4 Sistem Grounding dengan Sumber DC 2.6.2. Sistem Dasar Instalasi Listrik Menggunakan Power AC Pembahasan untuk sistem ini adalah tentang instalasi listrik rumah tangga yang menggunakan grounding pada gambar 2.24, bila ada sumber listrik dan instalasi terhubung dengan grounding akan mengakibatkan orang tersengat listrik


36

bila salah satu kabel fasa atau netral tersentuh oleh manusia, dan sistem itu bisa dilihat pada gamabar dibawah ini.

Fasa AC

Manusia

Grounding

Grounding

Gambar 2.24 Sistem Grounding dengan Sumber Listrik AC 2.6.3. Sistem Instalasi Listrik Menggunakan Trafo Isolasi Selanjutnya untuk sistem instalasi listrik pada gambar 2.25, yang digunakan adalah menggunakan trafo isolasi yang didalamnya menggunakan lilitan primer dan sekunder dengan perbandingan belitan 1 : 1, dengan belitan primer sebagai input dan belitan sekunder sebagai output. Dengan sitem instalasi listrik menggunakan trafo isolasi serta output trafo in tidak menggunakan grounding serta disini keluaran dari trafo isolasi hanya fasa dan netral saja, jadi disini walaupun ada grounding dipasang sebelum trafo isolasi itu tidak jadi masalah karena arus listrik tidak bisa mengalir pada instalasi output dari trafo isolasi dengan keluaran sekunder, jadi disini saya menggunak sistem intalasi terbuka, dengan cara output belitan sekunder tidak menggunakan grounding, maka bila seseorang atau manusia tersentuh salah satu kabel fasa tidak akan tersengat arus listrik, dan akan menjadikan aman bagi pengguna instalasi listrik rumah tangga.


37

Manusia Trafo Power AC

Primer

Skunder

Grounding

Grounding

Gambar 2.25 Sistem Trafo Isolasi Tidak Menggunakan Grounding Dan untuk sistem kebalikannya jika kita menggunakan trafo isolasi yang sama tetapi kita memasang grounding setelah output dari belitan sekunder akan mengakibatkan sistem instalasi listrik loop atau rangkain tertutup, karena rangkaian tertutup adalah dimana arus listrik dalam suatu rangkaian listrik hanya dapat mengalir jika rangkaian listrik tersebut berada dalam keadaan tertutup, yang terlihat pada gamabr 2.26.

Manusia Trafo Fasa AC

Primer

Skunder

Grounding

Manusia Grounding

Grounding

Gambar 2.26 Sistem Trafo Isolasi Menggunakan Grounding


38

2.7. Hambatan Jenis Penghantar Disini akan dibahas kenapa instalasi distribusi menggunakan grounding dan kenapa instalasi distribusi pada kabel terjadi droop tegangan saat sampai dirumah – rumah Hambatan jenis adalah kecenderungan suatu bahan untuk melawan aliran arus listrik. Faktor yang menentukan besar kecilnya nilai hambatan jenis suatu penghantar adalah bahan kawat penghantar tersebut.

2.27. Hambatan Jenis kabel Kawat penghantar yang dipakai pada kawat listrik pasti mempunyai hambatan, meskipun nilainya kecil. Kita mungkin menduga bahwa hambatan yang dimiliki kawat yang tebal lebih kecil daripada kawat yang tipis, karena kawat yang lebih tebal memiliki area yang lebih luas untuk aliran elektron. Kita tentunya juga memperkirakan bahwa semakin panjang suatu penghantar, maka hambatannya juga semakin besar, karena akan ada lebih banyak penghalang untuk aliran elektron. Berdasarkan eksperimen, Ohm juga merumuskan bahwa hambatan R kawat logam berbanding lurus dengan panjang l, berbanding terbalik dengan luas penampang lintang kawat A, dan bergantung kepada jenis bahan tersebut. Secara matematis dituliskan :


39

R=ρ

................................................................................................................... (2.6)

dengan: R = hambatan kawat penghantar (Ω) l = panjang kawat penghantar (m) A = luas penampang lintang penghantar (m2) ρ = hambatan jenis kawat penghantar (Ω.m) Konstanta pembanding disebut hambatan jenis (resistivitas). Hambatan jenis kawat berbeda-beda tergantung bahannya. Berdasarkan persamaan dan contoh tersebut, terlihat bahwa apabila kawat penghantar makin panjang dan hambatan jenisnya makin besar, maka nilai hambatannya bertambah besar. Tetapi apabila luas penampang kawat penghantar makin besar, ternyata nilai hambatannya makin kecil. Untuk nilai hambatan jenis suatu penghantar besar kecilnya sudah ditentukan para ilmuwan. Tabel 2.1. Hambatan Jenis Konduktor No

Bahan

Hambatan Jenis ρ (Ωm)

Koefisien muai, α (oC)-1

1

Perak

1,59 x 10-8

0,0061

2

Tembaga

1,68 x 10-8

0,0068

3

Emas

2,44 x 10-8

0,0034

4

Alumunium

2,65 x 10-8

0,00429


40

No

Bahan

Hambatan Jenis ρ (Ωm)

Koefisien muai, α (oC)-1

5

Tungsten

5,60 x 10-8

0,0045

6

Besi

9,71 x 10-8

0,00651

7

Platina

10,6 x 10-8

0,003927

8

Air Raksa

98 x 10-8

0,0009

9

Nikrom

100 x 10-8

0,0004

Disini akan digambarkan simulasi distribusi instalasi listrik seperti gambar dan perhitungan dibawah :

+ R kabel Instalasi Distribusi

o R kabel

Gambar 2.28. Hambatan Kabel Diketahui kabel dengan kawat alumunium ( hambatan jenis 2,65 x 10-8 Ω.m ) dan memiliki panjang 40 m dan diameter 4,2 mm. Maka d = 4,2 mm jadi r = 2,1 mm = 2,1 x 10-3 Maka terlebih dahulu kita cari luas penampangnya (A) penghantar tersebut menggunakan rumus lingkaran yaitu :


41

L = πr2 L = (22/7) x (2,1 x 2,1 x 10-3)2 L = 13,86 x 10-6 m2 L = 1,4 x 10-5 m2 Jadi besarnya hamabatan dari penghantar tersebut dapat dicari dengan menggunakan rumus :

R=ρ R = 2,65 x 10-8 Ω.m x 40 m / 1,4 x 10-5 m2 R = 7,6 x 10-2 Ω Jadi hambatan kawat penghantar di kabel fasa 7,6 x 10-2 Ω begitu pula di kabel netral bila perbandingan kabelnya 1 : 1 yaitu 7,6 x 10-2 Ω. Seharusnya hambatan ideal kabel harus 0 Ω. Maka disini bisa disimpulkan bahwa semakin panjang intalasi kabel maka akan terjadi kenaikan hambatan pada kabel tersebut. Dan selama ini untuk mengatasi susut tegangan pada kabel tersebut dengan menggunakan grounding agar tegangan tetap setabil. Tapi disini permasalahanya bila menggunakan grounding pada instalasi rumah akan mengakibatkan anda tersengat listrik bila salah satu kabel power kita sentuh atau kita pegang, dan disini saya mengaplikasikan trafo isolasi untuk menghindari sengatan listrik tersebut.


42

2.8. Sistem Distribusi Listrik untuk Rumah Tangga Sistem distribusi listrik PLN untuk rumah tangga dan pula merupakan system rangkaian tertutup yang terdiri dari power plan atau pembangkit listrik, instalasi listrik dan juga beban secara umum digambarkan sebagai berikut :

R kabel ~

R Beban

AC

R kabel 0 Grounding Instalasi Distribusi

Instalasi Rumah

Gambar 2.29. Sistem Distribusi Listrik untuk Rumah Tangga Pada gambar tersebut R kabel ~ fasa sebagai ideal resistansi penghantar, resistansi tersebut menurut kondisi yang membuat tegangan ukur atau rugi-rugi daya karena jarak instalasi distribusi yang jauh, maka akan terjadinya R kabel 0 ( hambatan 0 ) jika menggunakan grounding. Dan jika tidak mengugunakan grounding maka R kabel 0 atau hambatan lebih besar dan itu akan menyebabkan tegangan tidak stabil, sebagai salah satu cara untuk menjadikan tegangan stabil dengan cara membuat grounding, atau memperbesar luas penampang kabel agar tegangan sampai kedistribusi setabil. Dan salah satu fungsi grounding disini adalah memperkecil beda potensial titik 0.


43

2.8.1. Sistem Distribusi Listrik dan Instalasi Rumah Menggunakan Grounding Disini akan dijelaskan sistem dan rumus persamaan instalasi listrik menggunakan grounding dan gambar dibawah sebagai persamaanya

R1

AC

R2

R3

Grounding Instalasi Distribusi

Instalasi Rumah

Gambar 2.30. Sistem Distribusi Listrik Rumah Menggunakan Grounding Disini dianggap instalasi distribusi dari PLN yang menjadi power atau fasa dituliskan R1 dan instalasi beban disini dituliskan R2 sebagai instalasi rumah tangga serta instalasi yang selama ini menggunakan grounding, maka titik 0 yaitu disini dituliskan R3. V = Rtot I=

𝑉 𝑅1+𝑅2+𝑅3

VR1 = I . R1 =

(

𝑉

) . R1

𝑅1+𝑅2+𝑅3


44

VR2 = I . R2 =(

𝑉

) . R2

𝑅1+𝑅2+𝑅3

VR23 = I . (R2 + R3) 2.8.2. Sistem Distribusi Listrik dan Instalasi Rumah Tidak Menggunakan Grounding Disini akan dijelaskan bila instalasi distribusi listrik tidak menggunakan grounding maka R1 dan R3 bisa jadi salah satu power atau fasa, disini mengikuti prosedur bahwa R1 menjadi power/fasa dan R3 disini adalah sebagai R kabel 0 atau hambatan, dan R2 disini beban instalasi rumah. Terjadinya R3 disini karna tidak menggunakan grounding maka hambatan akan semakin besar bila jarak distribusi dari sumber kebeban semakin jauh juga.

R1

AC

R2

R3 Instalasi Distribusi

Instalasi Rumah

Gambar 2.31. Sistem Distribusi Listrik Rumah Tidak Menggunakan Grounding


45

V = Rtot I=

𝑉 𝑅1+𝑅2+𝑅3

VR1 = I . R1 =(

𝑉

) . R1

𝑅1+𝑅2+𝑅3

VR2 = I . R2 =(

𝑉

) . R2

𝑅1+𝑅2+𝑅3

VR3 = I . R3 =(

𝑉

) . R3

𝑅1+𝑅2+𝑅3


BAB II LANDASAN TEORI

Recommend Documents