MATERI AJAR APLIKASI TEKNIK LISTRIK DI DUNIA PENYIARAN
Disusun Oleh Muhamad Ali, MT
PROGRAM STUDI MANAJEMEN TEKNIK STUDIO PENYIARAN SEKOLAH TINGGI MULTIMEDIA “MMTC” YOGYAKARTA 2016
KATA PENGANTAR
Alhamdulillahi Robbil ‘alamin, puji dan syukur Kami panjatkan kehadirat Allah SWT, karena berkat rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan penulisan Buku dengan judul “Aplikasi Teknik Listrik untuk Penyiaran”. Buku ini disusun guna melengkapi bahan ajar Mata Kuliah Teknik Listrik di Sekolah Tinggi Multimedia MMTC. Dengan hadirnya buku ini, mahasiswa dapat lebih mudah belajar mata Teknik Listrik sehingga diharapkan mampu membekali bidang ilmu ketekniklistrikan. Buku ini membahas tentang materi Teknik Listrik dan aplikasinya dalam Teknik Penyiaran dan Multimedia. Secara garis besar, buku ini membahas tentang konsep listrik daya yang terdiri dari rangkaian pengubah listrik AC menjadi DC, pengubah listrik DC menjadi DC dengan tegangan yang dapat diatur, pengubah listrik AC menjadi AC dengan tegangan dan frekuensi yang dapat diatur serta rangkaian pengubah listrik DC menadi AC. Pembahasan dilengkapi dengan contoh apikasi baik di rumah tangga maupun industri sehingga akan memudahkan pembaca dalam memahaminya. Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu dalam penyusunan dan penyempurnan buku ini. Tidak ada gading yang tidak retak, demikian pula dengan buku ini yang masih jauh dari kata sempurna. Kritik, saran dan masukan akan sangat diharapkan dan semoga buku ini dapat memberikan manfaat. Amin.
Yogyakarta, 1 November 2016 Penulis,
ii
DAFTAR ISI
BAB I KONSEP DASAR LISTRIK ................................ ................................ ....... 1 A. Pengantar ................................ ................................ ................................ ........ 1 B. Definisi ................................ ................................ ................................ ............ 1 C. Penghantar Listrik ................................ ................................ ........................... 3 D. Isolator ................................ ................................ ................................ ............ 6 1. Bentuk Bahan Isolator ................................ ................................ ................. 6 E. Rangkaian Listrik ................................ ................................ .......................... 12 F. Arus Listrik ................................ ................................ ................................ .... 64 G. Tegangan Listrik ................................ ................................ ........................... 65 H. Hambatan Listrik dan Hukum Ohm ................................ ............................. 66 BAB II BENTUK ENERGI LISTRIK AC DAN DC ................................ ........... 48 A. Pengantar ................................ ................................ ................................ ...... 48 B. Tegangan dan Arus DC (Searah) ................................ ................................ .. 48 C. Tegangan dan Arus AC (Bolak-balik) ................................ .......................... 49 BAB III KRITERIA KUALITAS DAYA LISTRIK ........... Error! Bookmark not defined. BAB IV BAHAN-BAHAN LISTRIK ................... Error! Bookmark not defined. A. Konduktor ................................ ..................... Error! Bookmark not defined. 1. Sifat Sifat Bahan Konduktor ...................... Error! Bookmark not defined. 2. Kriteria Bahan Konduktor ......................... Error! Bookmark not defined. B. Isolator ................................ .......................... Error! Bookmark not defined. C. Semikonduktor ................................ .............. Error! Bookmark not defined. D. Superkonduktor................................ ............. Error! Bookmark not defined. 1. Sifat Kelistrikan Superkonduktor .............. Error! Bookmark not defined. 2. Sifat Kemagnetan Superkonduktor ............ Error! Bookmark not defined. 3. Sifat Quantum Superkonduktor ................. Error! Bookmark not defined. BAB V BEBAN LISTRIK ................................ ................................ .................... 69 A. Beban Resistif (R) ................................ ................................ ......................... 54 B. Beban Induktif (L) ................................ ................................ ........................ 56 iii
C. Beban Kapasitif (C) ................................ ................................ ...................... 58 BAB VI DAYA LISTRIK ................................ ..... Error! Bookmark not defined. A. Daya Nyata ................................ ................... Error! Bookmark not defined. B. Daya Semu ................................ .................... Error! Bookmark not defined. C. Daya Khayal (Imajiner) ................................ Error! Bookmark not defined. BAB VII PERHITUNGAN DAYA LISTRIK DAN BIAYA .... Error! Bookmark not defined. A. Cara Menghitung Biaya Listrik Perangkat Elektronik Error! Bookmark not defined. B. Perangkat Elektronik Konsumsi Daya Statis Error! Bookmark not defined. C. Perangkat Elektronik Konsumsi Daya Dinamis .......... Error! Bookmark not defined. 1. Metode Satu Siklus ................................ .... Error! Bookmark not defined. 2. Metode Siklus Berulang ............................ Error! Bookmark not defined. BAB VIII PERALATAN MULTIMEDIA (BROADCASTING) ......................... 83 A. Kamera ................................ .......................... Error! Bookmark not defined. B. Mikrofon ................................ ....................... Error! Bookmark not defined. C. Audio Mixer ................................ .................. Error! Bookmark not defined. D. Clearcom ................................ ....................... Error! Bookmark not defined. E. Master Control Room (MCR) ....................... Error! Bookmark not defined. F. Perangkat Transmisi ................................ ...... Error! Bookmark not defined. BAB IX K3 KELISTRIKAN BIDANG MULTIMEDIA .... Error! Bookmark not defined. A. Tujuan dari K3 Kelistrikan ................................ ................................ ........... 97 B. Langkah- Langkah Konkrit Mencegah Terjadinya Kecelakaan Kerja ......... 97 REFERENSI ................................ ................................ ................................ .......... 99
iv
BAB I KONSEP DASAR LISTRIK
A. Pengantar Pada jaman modern sekarang ini, listrik menjadi salah satu kebutuhan utama dalam kehidupan manusia. Seiring dengan perkembangan ilmu dan teknologi, kebutuhan energi listrik terus meningkat. Rumah tangga, dunia usaha, sekolah, hotel, rumah sakit, perguruan tinggi dan instansi lainnya sangat bergantung pada energi listrik untuk operasional sehari-hari. Sebagai pengguna listrik, semua orang perlu mengetahui, memahami dan mampu mengaplikasikan ilmu teknik listrik dalam membantu dan menunjang pekerjaan sehari-hari. Pemahaman tentang ilmu kelistrikan tentu berbeda-beda bagi setiap orang karena jenis pekerjaannya yang berlainan. Untuk itu sebagai pengguna energi listrik, perlu memahami teori dasar listrik agar dapat memanfaatkan energi listrik secara optimal dengan aman. Kurangnya pemahaman pengguna listrik seringkali menimbulkan bahaya atau kecelakaan kerja yang mengakibatkan kerugian baik bagi pekerja maupun peralatan. Kecelakaan kerja dapat terjadi karena peralatan-peralatan yang menggunakan sumber energi listrik tidak direncanakan, digunakan dan dikontrol dengan baik. Bidang ilmu teknik penyiaran (broadcasting) sangat erat kaitannya dengan ilmu rekayasa teks, gambar, audio, video dan listrik, oleh karena itu mahasiswa atau pekerja di bidang ini perlu memahami teknik listrik secara komprehensif.
Studio
penyiaran
membutuhkan
peralatan-peralatan
yang
menggunakan energi listrik sehingga teknisi maupun pekerja perlu memahami teknik listrik dengan baik.
B. Definisi Sebelum membahas pada pokok materi teknik listrik, akan lebih baik jika diketahui tentang definisi dari listrik. Listrik berasal dari bahasa Inggris yaitu “electricity” atau “electric” atau “electrical” yang berarti suatu fenomena fisik yang berkaitan dengan aliran muatan listrik. Pengertian listrik lainnya dikemukakan oleh beberapa orang diantaranya. 1
Menurut Heinz Frick dan Pujo L. Setiawan, listrik merupakan energi yang dapat diubah menjadi energi lain, menghasilkan panas, cahaya, kimia, atau gerak (mekanik)
Joyce James, Colin Baker, Helen Swain berpendapat bahwa listrik adalah aliran atau pergerakan elektron-elektron yaitu partikel atom yang bermuatan negatif.
Menurut Gatut Susanta dan Sasi Agustoni, listrik adalah sumber energi yang disalurkan melalui kabel atau penghantar lainnya.
Menurut Aip Saripudin, listrik adalah energi yang paling banyak dimanfaatkan manusia.
Menurut Neti Lim, Linda, Yulinda, Fransiska, dan Susilawati, listrik adalah sumber energi yang sangat penting bagi manusia. Dari berbagai pendapat tentang listrik dapat disimpulkan bahwa listrik
adalah salah satu bentuk energi yang mempunyai fenomena fisik berkaitan dengan aliran muatan listrik. Muatan listrik adalah salah satu sifat dasar dari partikel elementer tertentu yang terdiri dari dua jenis muatan yaitu muatan positif dan muatan negatif. Muatan positif pada suatu bahan dibawa oleh proton, sedangkan muatan negatif oleh elektron. Muatan yang bertanda sama saling tolak menolak, muatan dengan tanda berbeda saling tarik menarik. Satuan muatan listrik dinyatakan dalam ”Coulomb (C)”. Muatan listrik positif atau proton sebesar +1,6 x 10 -19 C, sedangkan muatan elektron sebesar -1,6 x 10-19 C. Prinsip kekekalan energi menyatakan bahwa Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. Dengan prinsip ini, energi listrik juga mengikutinya
sehingga
energi
listrik
tidak
dapat
diciptakan
dan/atau
dimusnahkan. Muatan listrik yang terkandung pada suatu benda selalu konstan nilainya. Bila suatu benda diubah menjadi energi, maka sejumlah muatan positif dan negatif yang sama akan hilang.
2
Gambar 1.1. Model Atom menurut Bohr
Rutherford dan Bohr menjelaskan bahwa elektron mengelilingi inti atom dengan kecepatan yang sangat tinggi (± 2200 km/det). Pada gerakan melingkar maka akan bekerja gaya sentrifugal yang cukup besar. Gaya ini bekerja dan berusaha untuk melepaskan elektron keluar dari lintasan atau orbitnya. Untuk menjaga elektron tetap berada dalam orbitnya, diperlukan energi untuk menahannya. Energi yang menahan elektron tetap berada dalam lintasan proton inilah yang disebut dengan energi listrik. Energi listrik yang terdapat pada ikatan atom dapat dijelaskan dengan percobaan sederhana yaitu dengan menggosok-gosokkan penggaris plastik pada suatu kain atau tangan. Setelah digosok-gosokkan, penggaris didekatkan pada potongan kertas kecil, maka potongan kertas-kertas kecil ini akan tertarik ke penggaris. Hal ini disebabkan oleh karena adanya gaya listrik yang diakibatkan oleh penggosokan penggaris ke tangan atau kain. Hal yang sama juga akan terjadi pada saat seseorang memakai sepatu dan berjalan di atas karpet, maka setelah perjalanan sepatu ini dapat menarik benda-benda kecil. Demikian juga dengan kawat penghantar yang terkena angin yang cukup kencang akan menarik debudebu yang beterbangan. Fenomena ini sering disebut dengan Listrik Statis.
C. Bahan Penghantar Listrik Gambar 1.1. menjelaskan bahwa Elektron-elektron berada pada kulit terluar suatu atom. Elektron dapat berada pada lintasannya karena adanya gaya tarik-menarik dengan proton dan neutron dalam jumlah yang sama besarnya dengan jumlah elektron. Karena muatan-muatan yang sejenis akan saling tolak
3
menolak dan muatan-muatan yang berlawanan jenis akan saling tarik menarik, elektron-elektron yang bermuatan negatif akan tertarik menuju proton-proton yang bermuatan positif. Hal yang sama dapat diamati pada sifat tarik-menarik antara dua magnet, dimana jika kutub utara didekatkan dengan kutub utara atau kutub selatan didekatkan dengan kutub selatan maka akan terjadi gaya tolakmenolak. Sebaliknya jika kutub utara didekatkan dengan kutub selatan maka akan timbul daya tarik-menarik.
Gambar 1.2. Susunan Atom
Gambar 1.2 di menjelaskan bahwa suatu unsur mempunyai susunan atom yang berbeda tergantung pada nomor atomnya. Pada unsur logam, atom tersusun atas lapisan-lapisan elektron. Lapisan elektron yang luar disebut dengan elektron valensi inilah yang mempunyai potensi besar untuk berpindah dari satu lintasan atom ke lintasan atom lainnya. Perpindahan elektron ini akan menghasilkan energi listrik. Bahan-bahan logam seperti tembaga, perak, besi, aluminium dan lainnya mempunyai struktur atom yang hampir sama dan memungkinkan elektron valensi untuk berpindah. Oleh karena itu bahan-bahan ini disebut dengan bahan konduktor atau penghantar. Bahan konduktor sangat diperlukan dalam implementasi teknik listrik yaitu digunakan sebagai bahan utama dalam sistem tenaga listrik. Tanpa adanya bahan konduktor, maka energi listrik akan sulit untuk disalurkan. Contoh pemakaian bahan konduktor yaitu pada penghantar atau kabel listrik yang terbuat dari aluminium atau tembaga. Kabel berfungsi untuk menyalurkan energi listrik dari sumber ke beban atau peralatan listrik. Contoh lain dari penggunaan dari bahan konduktor yaitu sebagai bus bar atau rangkaian pembagi beban seperti pada
4
stop kontak yaitu bagian yang menghubungkan antara peralatan listrik dengan sumber listrik. Penggunaan lainnya yaitu sebagai konektor untuk menghubungkan antar komponen pada peralatan listrik. Berikut ini adalah contoh-contoh aplikasi bahan konduktor dalam sistem tenaga listrik.
Gambar 1.3. Jenis Kabel Listrik Gambar 1.3 menunjukkan bahan konduktor digunakan sebagai penghantar arus pada kabel listrik. Bahan konduktor yang biasa digunakan pada kabel listrik yaitu tembaga dan alumninium.
Gambar 1.4. Konduktor Bus bar
5
Gambar 1.5. Konektor
Konektor berfungsi untuk menghubungkan satu peralatan dengan peralatan lainnya. Untuk itu konektor harus dapat menghantarkan arus listrik. Biasanya konektor terbuat dari bahan logam yang anti karat agar tidak mudah rusak dan tahan terhadap panas yang ditimbulkan.
D. Bahan Isolator Listrik Susunan atom suatu unsur atau bahan mempunyai karakteristik yang berbeda-beda. Jika pada bahan logam susunan atomnya mengandung banyak muatan elektron valensi, ada juga bahan yang sedikit mempunyai elektron valensi. Bahan-bahan seperti kayu, kaca, plastik, kertas, karet dan sejenisnya mempunyai struktur yang berbeda dengan bahan logam. Elektron valensi pada bahan-bahan ini jumlahnya sangat sedikit sehingga mempunyai ikatan yang sangat kuat dengan inti sehingga susah bagi elektron untuk berpindah ke lintasan atom lainnya. Karena ikatan elektron terhadap inti sangat kuat maka akan sangat sulit elektron untuk berpindah. Bahan-bahan ini disebut Isolator. Isolator listrik adalah bahan yang tidak bisa atau sulit melakukan perpindahan muatan listrik. Bahan-bahan ini berguna sebagai isolator pada peralatan listrik yang berfungsi untuk menghambat aliran arus listrik. Isolator berguna pula sebagai penopang beban atau pemisah antara konduktor tanpa membuat adanya arus mengalir ke luar atau antara konduktor. 1. Bentuk Bahan Isolator Sebagaimana bentuk umum dari suatu benda, bentuk bahan isolator mempunyai bentuk yang sama dengan bentuk benda yaitu isoaltor padat, cair, dan gas.
6
a. Isolator Padat Bahan isolator yang paling umum dan sering digunakan adalah bentuk padat. Hal ini dapat dijumpai pada berbagai peralatan rumah tangga, industri maupun sistem tenaga listrik. Bahan isolator padat dapat berbentuk padat, berserat maupun bahan yang dipadatkan. Contoh bahan isolator berbentuk padat yaitu
Batu pualam
Asbes
Mika
Mikanit dan mikafolium
Contoh bahan isolator padat berserat
Benang
Kain tekstil/tenun
Kertas
Kayu
Contoh bahan isolator padat berupa gelas dan keramik
Gelas
Porselain
Keramik
Plastik
Karet dan Ebonit
Contoh bahan isolator padat berupa gelas dan keramik
Lilin
Parafin
7
Gambar 1.3. Bahan isolator padat
b. Isolator Cair Bentuk isolator yang kedua adalah cairan. Beberapa contoh isolator yang banyak digunakan dalam bentuk cair yaitu:
Air suling atau air murni dapat disebut sebagai bahan penyekat walaupun masih dapat mengantar arus listrik dalam jumlah yang sangat kecil.
Minyak Transformator diperlukan sebagai pendingin pada transformator yang di akibatkan lilitan kawat. Tanpa pendinginan akan merusak penyekat inti, lilitan dan pada bagian tertentu. Minyak transformator harus memenuhi persyaratan kelayakan penggunaan.
Minyak kabel umumnya dibuat pekat dan untuk menambah pekat dapat dicampur dengan dammar. Digunakan untuk memadatkan penyekat kertas pada kabel tenaga, kabel tanah, terutama kabel tegangan tinggi.
8
Gambar 1.4. Bahan isolator cair c. Isolator Gas Bentuk isolator yang ketiga adalah gas. Isolator jenis ini banyak dipakai untuk menahan tegangan tinggi.
Nitrogen digunakan sebagai pengontrol saluran kabel pengisi/distribusi untuk mengetahui masih baik tidaknya penyekat kabel yang dipakai. Terutama pada kabel tanah yang sering terjadi karat, goresan dan retak pada timah hitam
Hidrogen digunakan sebagai pendingin turbogenerator dan kondensor sinkron. Walaupun sebagai pendingin juga merupakan penyekat panas dan listrik.
Carbon Dioksida digunakan dalam turbogenerator. Memiliki sifat mematikan api. Sebagai pengaman untuk pencampuran hydrogen dan udara yang dapat mengakibatkan ledakan.
Gas SF6 banyak digunakan pada switchgear tegangan tinggi. Gas SF6 merupakan bahan yang sangat stabil sehingga sangat baik digunakan untuk menahan loncatan elektron pada tegangan tinggi.
Gambar 1.5. Bahan isolator gas SF6
9
Pada pembahasan sebelumnya dijelaskan bahwa setiap unsur atau zat terdiri dari inti dan elektron yang mempunyai muatan positif (proton) dan muatan negatif (elektron), serta inti atau neutron. Proton dan elektron menempati posisi mengelilingi neutron. Setiap saat elektron dan proton melakukan pergerakan sedemikian rupa sehingga terjadi perubahan. Dalam teori listrik dasar, pergerakan muatan inilah yang menyebabkan pengaliran muatan yang selanjutnya yang dikenal sebagai aliran listrik. Pengaliran muatan ini sangat memungkinkan adanya perbedaan muatan antara bagian positif dan negatif. Ketika bagian positif benda dihubungkan dengan bagian negatif, maka terjadilah pengaliran muatan. Hal ini terjadi karena bagian yang kelebihan muatan negatif akan memindahkan muatannya ke bagian yang kekurangan muatan negatif, yaitu muatan positif. Dalam kehidupan modern, banyak peralatan yang menggunakan sumber energi listrik sebagai catu daya, oleh karena itu, setiap pengguna perlu memahami teori listrik agar tidak menimbulkan masalah atau potensi bahaya. Beberapa istilah dalam teori listrik yang perlu difahami diantaranya yaitu:
Kutub Positif, yaitu bagian sumber listrik yang di dalamnya kekurangan muatan negatif dan disebut sebagai bermuatan positif
Kutub Negatif, yaitu bagian sumber listrik yang di dalamnya kelebihan muatan negatif dan disebut sebagai bermuatan negatif
Kuat Arus, yaitu jumlah muatan yang mengalir melalui media perantara dari kutub negatif ke kutub positif dalam suatu sumber listrik. Kuat arus ini sangat bergantung pada jumlah muatan yang berpindah dari satu kutub ke kutub lainnya. Semakin banya muatan yang berpindah, maka kuat arus semakin besar.
Tegangan/Voltase, yaitu beda potensial yang terdapat di kutub positif dan kutub negatif. Beda potendial ini sangat menentukan besar kecilnya arus yang mengalir. Dengan adanya tegangan listrik, maka muatan yang ada dapat berpindah (muatan negatif menuju muatan positif). 10
Resistansi atau Hambatan Listrik, yaitu penghambat aliran listrik dari kutub negatif ke kutub positif. Hambatan ini sangat menentukan arus listrik yang mengalir pada media perantara aliran. Setiap bahan mempunyai nilai hambatan yang berbeda-beda. Ada bahan yang hambatannya kecil sehingga aliran listrik dapat mengalir dengan lancar, dan jika besar, maka aliran listrik tidak lancar.
Daya Listrik, yaitu kemampuan listrik untuk melakukan kegiatan atau pekerjaan. Daya listrik ini adalah kemampuan yang dimiliki oleh listrik untuk melakukan kegiatan dalam jangka waktu tertentu.
Berdasar teori Listrik, arus listrik akan mengalir jika terdapat sumber tegangan dan beban yang hihubungkan dengan penghantar dan membentuk rangkaian tertutup. Jika sumber listrik tidak terhubung dengan peralatan listrik maka tidak akan ada aliran arus listrik pada rangkaian tersebut, demikian juga jika peralatan belum tersambung ke sumber tegangan. Listrik merupakan salah satu dari fenomena bentuk energi. Energi listrik adalah energi berasal dari muatan listrik yang menyebabkan medan listrik statis maupun gerakan elektron dalam konduktor atau ion (dalam bentuk zat). Sedangkan muatan listrik adalah salah satu sifat dasar dari partikel elemen tertentu. Terdapat dua jenis muatan yaitu muatan positif dan muatan negatif. Dalam suatu rangkaian listrik sederhana terdapat tiga buah unsur pokok, yaitu beda potensial atau tegangan listrik, arus listrik, dan hambatan listrik. Dari tiga konsep tersebut maka akan berkembang ke yang lebih luas seperti daya dan efisiensi listrik.
11
BAB II BESARAN DAN PARAMETER LISTRIK
Untuk mempelajari ilmu kelistrikan perlu difahami tentang besaranbesaran dan prameter listrik yang digunakan guna memahami standar yang berlaku. Beberapa besaran listrik yang harus difahami oleh teknisi dan mahasiswa diantaranya tegangan, arus, frekuensi, resistansi (hambatan atau tahanan), induktansi, kapasitansi, muatan listrik, daya listrik, energi listrik dan besaranbesaran listrik lainnya. Untuk dapat mengoptimalkan pemanfaatan energi listrik perlu diketahui beberapa besaran dan prameter listrik yang digunakan dalam standar-standar sistem kelistrikan. Berikut ini adalah besaran dan parameter listrik yang perlu diketahui dan difahami oleh ahli listrik. A. Besaran Listrik 1. Tegangan Listrik Parameter utama dalam ilmu teknik listrik yaitu tegangan listrik yang didefinisikan sebagai perbedaan potensial antara dua titik dalam rangkaian listrik. Potensial listrik merupakan usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan positif sebesar 1 satuan dari satu tempat tak terhingga ke suatu titik tertentu. Potensial listrik dapat pula diartikan sebagai energi potensial listrik per satuan muatan. Secara matematis, definisi diatas dapat ditulis. =
, dengan
V : Potensial listrik U : Energi Q : Muatan
Tegangan listrik dinyatakan dalam satuan Volt. Besaran ini mengukur energi potensial dari sebuah medan listrik yang mengakibatkan adanya aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik.
12
Dalam sistem tenaga listrik, nilai tegangan dapat dikategorikan menjadi 4 yaitu
Tegangan Ultra Tinggi Tegangan Ultra Tinggi yaitu nilai tegangan yang mencapai 1000.000 Volt atau lebih atau di ≥ 1 Giga Volt. Tegangan dalam orde 1 GV biasanya digunakan untuk saluran transmisi listrik yang sangat jauh (lebih dari 100 km). Indonesia sampai dengan saat ini belum menggunakan tegangan Ultra Tinggi dalam sistem tenaga listrik.
Tegangan Ekstra Tinggi Tegangan Ekstra Tinggi yaitu nilai tegangan listrik di atas 500 KV. Di Indonesia tegangan Ekstra Tinggi digunakan pada saluran transmisi di Jawa-Bali yang menghubungkan sumber-sumber pembangkit Listrik di Jawa-Bali ke pusat-pusat Beban yang dikenal dengan istilah Saluran Udara Ekstra Tinggi (SUTET).
Tegangan Tinggi Tegangan Tinggi merupakan nilai tegangan antara 20 KV sampai 150 KV dan digunakan dalam saluran transmisi yang tidak terlalu jauh seperti di Sumatera, Kalimantan, Sulawesi dan Papua. Di Indonesia tegangan tinggi digunakan pada saluran udara tegangan tinggi yang dikenal dengan singkatan SUTT dengan tegangan 150 KV.
Tegangan Menengah Tegangan menengah yaitu nilai tegangan yang berkisar antara 1000 Volt sampai 20.000 Volt (1 – 20 KV). Nilai tegangan menengah banyak digunakan untuk peralatan-peralatan yang berdaya besar seperti motor listrik pompa pengeboran minyak, motor penggerak kompresor, motor listrik penggerak eskalator, motor listrik penggerak konveyor, dan motor listrik penggerak alat-alat produksi di industri. Konsumen listrik industri biasanya berlangganan dari PT PLN menggunakan tegangan menengah 20 KV untuk mensuplai kebutuhan listriknya yang kemudian di distribusikan dengan tegangan 380/220 Volt.
13
Tegangan Rendah Tegangan rendah yaitu nilai tegangan yang antara 50 – 1000 volt. Di Indonesia tegangan rendah yang digunakan sebagai tegangan distribusi ke konsumen yaitu 220 Volt untuk listrik AC satu fasa dan tegangan 380 Volt untuk listrik tiga fasa yang biasa ditulis 380/220 Volt.
Tegangan Ekstra Rendah Tegangan ekstra rendah merupakan nilai tegangan yang sangat aman untuk manusia yaitu kurang dari 50 Volt. Tegangan ini biasa digunakan sebagai catu
daya
listrik
peralatan-peralatan
elektronik
yang
umumnya
menggunakan listrik DC.
2. Arus Listrik Arus merupakan besaran yang sangat penting dalam sistem tenaga listrik. Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang disebabkan dari pergerakan elektron-elektron yang mengalir melalui suatu titik dalam rangkaian tiap satuan waktu. Energi listrik dapat digunakan karena adanya arus listrik yang mengalir dari sumber ke beban. Secara prinsip, arus listrik mengalir dari potensial yang lebih tinggi menuju potensial yang lebih rendah. Aliran arus listrik pada hakekatnya adalah aliran elektron valensi pada struktur atom yang berpindah karena mendapat tekanan sehingga akan melepas energi. Satuan
arus
listrik
dinyatakan
dalam
bentuk
muatan
per
detik
(Couloumb/detik) dan digunakan satuan Ampere yang ditulis dengan simbol A. Dalam aplikasinya, arus listrik terjadi saat muatan pada tegangan listrik dialirkan melalui beban sebagai contoh jika sebuah peralatan listrik seperti televisi dihubungkan dengan sumber listrik dan dinyalakan maka akan mengalir arus dari sumber tegangan menuju beban. Besarnya arus listrik yang mengalir pada suatu rangkaian disebut dengan kuat arus. Dan karena mengalir maka arus listrik merupakan besaran vektor, yaitu besaran yang mempunyai arah. Arah yang dimaksud adalah arah aliran muatan listrik. Simbol dari besaran kuat arus dinyatakan dengan huruf I besar berasal dari
14
kata dalam bahasa perancis, Intensite yang berarti intensitas. Kuat arus merupakan muatan listrik yang mengalir dalam waktu tertentu. Dalam hal ini dapat dirumuskan bahwa besarnya kuat arus merupakan jumlah muatan (Q) dibagi dengan waktu (t). = I : Arus listrik Q : Muatan t : waktu Satuan kuat arus dinyatakan dalam Ampere atau disingkat dengan huruf kapital A. Nilai kuat arus 1 Ampere dapat diartikan terjadi aliran muatan listrik sejumlah 1 Coloumb dalam waktu 1 detik. Dalam penggunaan praktis terdapat turunan besaran arus listrik mulai dari nilai yang kecil hingga yang besar. 1 mikro Ampere
= 0,000001 (1/10 6)Ampere
1 mili Ampere
= 0,001 (1/10 3) Ampere
1 kA
= 1000 Ampere
3. Frekuensi Frekuensi merupakan jumlah kemunculan suatu kejadian yang terjadi berulang-ulang pada jangka waktu tertentu. Secara teknis, frekuensi didefinisikan sebagai jumlah periode gelombang yang terjadi selama 1 detik. Satuan ukuran nilai frekuensi dinyatakan dengan Hertz (Hz) yang berarti jumlah siklus per detik. Penggunaan satuan Hertz didasarkan sebagai penghargaan kepada Heinrich R. Hertz yang kontribusinya penting pada bidang ilmu gelombang elektromagnetik. Istilah frekuensi sangat erat kaitannya dalam bidang teknik listrik baik listrik AC maupun DC. Pada sistem tenaga listrik AC, frekuensi berkaitan dengan gelombang tegangan dan arus listrik. Frekuensi diperoleh dari kombinasi jumlah putaran dan jumlah kutub listrik pada generator di pembangkit listrik. a. Perkembangan Frekuensi pada Sistem Tenaga Listrik Pada awal penemuan listrik pada tahun 1890-an, energi listrik masih bersifat lokal yang berarti dimana dibangkitkan maka disitulah listrik digunakan untuk
15
memenuhi kebutuhan. Sistem tenaga listrik yang ada masih sangat sederhana karena belum ada saluran transmisi dengan jarak yang sangat jauh, belum adanya sistem interkoneksi sebagaimana sistem tenaga listrik dewasa ini. Beban utama pada masa itu adalah untuk kebutuhan penerangan sehingga belum begitu kompleks. Pada awal perkembangan, yang banyak digunakan yaitu listrik AC dengan frekuensi
yang
beragam.
Masing-masing
perusahaan
atau
pengembang
mempunyai desain listrik AC dengan frekuensi yang berbeda. Sebagai contoh, pengembang listrik di Amerika Utara, Westinghouse menggunakan generator listrik dengan frekuensi 133 Hz. Perusahaan lain yaitu Thompson-Houston yang kemudian berganti nama berubah menjadi General Electric mengembangkan generator dengan frekuensi yang berbeda yaitu 125 Hz. Lain di Amerika, berbeda pula pengembangan listrik di Eropa seperti di Inggris Raya, mereka mengembangkan listrik AC dengan frekuensi yang beragam mulai dari 83 Hz hingga 133 Hz. Hal yang sama terjadi di beberapa negara di Eropa lainnya yang menggunakan frekuensi listriknya antara 30 Hz - 70 Hz. Salah satu perusahaan listrik di Jerman yaitu AEG menggunakan frekuensi 40 Hz. Sedangkan Perusahaan listrik Swiss yaitu MFO menggunakan frekuensi 50 Hz untuk listrik yang digunakan. Demikian juga dengan Perusahaan Listrik Hungaria Ganz menggunakan frekuensi 42 Hz untuk melayani konsumen terhadap peralatan penerangan. Banyaknya variasi penggunaan frekuensi yang digunakan oleh beberapa pengembang listrik mempunyai kelebihan dan kelemahan. Hal ini menjadikan pemikiran untuk mengembangkan standar penggunaan frekuensi listrik AC di dunia. Faktor yang menjadi pertimbangan dalam menyusun standar frekuensi yang sesuai dengan kebutuhan mencakup berbagai macam beban listrik yang digunakan diantaranya: 1. Beban Transformator Salah satu beban listrik AC yang pasti digunakan yaitu transformator atau
trafo
yaitu
peralatan
listrik
yang
berfungsi
untuk
mengubah
(menaikkan/menurunkan) tegangan listrik AC menjadi tegangan listrik AC.
16
Karakteristik beban trafo menunjukkan, semakin tinggi nilai frekuensi yang digunakan akan membawa dampak positif pada dimensi atau ukuran yang semakin kecil. Dengan penggunaan frekuensi yang lebih tinggi akan berakibat pada biaya produksi trafo akan lebih murah. 2. Mesin Generator Pada awal perkembangan, umumnya pembangkit listrik menggunakan generator yang diputar dengan menggunakan belt yang terhubung ke turbin. Dengan sistem hubungan belt, mesin generator mampu menghasilkan frekuensi hingga 133 Hz. Pada perkembangan mesin pembangkit listrik berikutnya tidak lagi menggunakan sambungan melalui belt tetapi langsung dikopel dari turbin ke poros generator. Teknologi pada tahun 1900-an, kemampuan kecepatan turbin masih rendah, sehingga frekuensi yang dihasilkan relatif rendah. 3. Beban Lampu Penerangan Peralatan yang membutuhkan energi listrik pada tahun 1900-an kebanyakan
adalah
untuk
penerangan.
Untuk
menghasilkan
kualitas
penerangan yang baik dibutuhkan frekuensi yang tinggi agar nyala lampu bisa lebih stabil. Jika frekuensi rendah, lampu akan terlihat seperti berkedip atau hidup dan mati yang berulang yang akan mengganggu indera penglihatan. 4. Perkembangan Teknologi Motor Listrik Selain beban penerangan, salah satu kebutuhan industri yaitu motor listrik untuk penggerak proses di industri. Motor induksi mulai berkembang pada masa tersebut. Belum adanya teknologi pengaturan kecepatan motor mengkibatkan motor akan berputar proporsional dengan frekuensi sistem tenaga listrik yang ada. Produsen motor listrik pada umumnya adalah perusahaan yang juga membuat generator sehingga cenderung untuk memproduksi motor listrik yang sesuai dengan spesifikasi frekuensi generator yang diproduksinya sendiri, misalnya MFO dari Swiss dengan sistem 50 Hz. Apabila kita ingin menggunakan motor listrik
17
tersebut, tentu saja kita harus menyediakan sistem tenaga yang sesuai dengan spesifikasi frekuensi motor tersebut. Kompromi menjadi jalan tengah untuk mendapatkan frekuensi terbaik dari sekian banyak persyaratan yang saling berlawanan tersebut. Angka kompromi yang muncul pada masa itu adalah frekuensi pada kisaran 50 – 60 Hz. Angka tersebut cukup rendah untuk teknologi pembangkitan, cukup tinggi untuk mendapatkan transformator yang sesuai, dan cukup tinggi supaya kedip pada lampu penerangan tidak terasa. Tidak cukup jelas alasan mengapa pada akhirnya sistem tenaga listrik Eropa berkembang dengan menggunakan 50 Hz, sedangkan sistem tenaga listrik di Amerika Utara berkembang dengan menggunakan 60 Hz. Kembali pada faktor produsen generator pada masa tersebut, selain itu sudah dimulainya interkoneksi antar daerah yang bertetangga. Apabila suatu daerah ingin digabungkan melalui interkoneksi, frekuensi yang dipilih harus sama dengan frekuensi yang sudah ada sebelumnya yaitu 50 Hz atau 60 Hz.
b. Standar Frekuensi Listrik Penggunaan frekuensi listrik yang berbeda di beberapa negara dan industri pengembang listrik menjadikan permasalahan dalam kompatibilitas peralatan listrik. Oleh karena perlu adanya kesepakatan diantara pengembang energi listrik untuk membuat standar penggunaan frekuensi listrik AC sehingga dapat digunakan di semua negara yang menggunakan standar ini. Standar frekuensi listrik yang digunakan saat ini mengacu pada good practise perusahaan Westinghouse di Amerika Serikat yang memproduksi lampu pijar yang akan bekerja secara optimal pada frekuensi 60 Hz. Hal ini menjadi promosi ke negara-negara di wilayah Amerika untuk menggunakan frekuensi 60 Hz dalam sistem tenaga listrik karena pada masa itu Westinghouse menjadi perusahaan yang menguasai produk kelistrikan. Berbeda dengan standar frekuensi di Amerika, di negara-negara Eropa, penggunaan frekuensi listrik dipelopori oleh Perusahaan AEG Jerman. Perusahaan
18
ini memegang kendali pasar di negara-negara Jerman dan Sekitarnya sehingga secara tidak langsung mempromosikan penggunaan frekuensi 50 Hz. Saat ini terdapat dua standar frekuensi yang digunakan dalam sistem tenaga listrik yaitu sistem 50 Hz dan 60 Hz. Penggunaan dua frekuensi ini sudah berlangsung cukup lama dan selalu muncul perdebatan pada mana yang lebih antara sistem 50 Hz atau 60 Hz. Pengguna sistem tenaga listrik 60 Hz akan mengatakan bahwa sistem 50 Hz tidak seefisien 60 Hz pada penyaluran daya, transformator 50 Hz membutuhkan belitan yang lebih besar, generator 50 Hz berputar lebih lambat sehingga tidak seefektif generator 60 Hz. Di sisi lain, para pengguna 50 Hz akan mengatakan bahwa rugi-rugi pada transformator 60 Hz akan lebih besar karena ada rugi-rugi yang tergantung frekuensi operasi, frekuensi yang lebih tinggi akan membatasi ukuran konduktor pada transmisi tegangan tinggi. Padahal, apabila kita lihat kembali sekian banyak frekuensi yang pernah muncul pada awal-awal perkembangan listrik, baik 50 Hz atau 60 Hz relatif sama saja dibandingkan dengan frekuensi rendah 25 Hz ataupun frekuensi tinggi 133 Hz yang pernah muncul dan beroperasi. Akibat interkoneksi yang semakin meluas serta faktor industrialisasi dan kolonialisasi juga, sekarang ini frekuensi 50 Hz digunakan oleh kebanyakan negara di dunia, sementara 60 Hz populer di negara-negara Amerika Utara. Jepang adalah kasus khusus karena menjadi negara yang memiliki dua sistem frekuensi 50 Hz dan 60 Hz sekaligus. Frekuensi listrik yang digunakan di Indonesia yaitu 50 Hz. Hal ini disebabkan Negara Indonesia tidak mengembangkan sistem tenaga listrik sendiri tetapi meneruskan penggunaan listrik Belanda yang menjajah Indonesia selama 350 tahun dan Jepang selama 3,5 tahun. Belanda termasuk negara Eropa yang menggunakan listrik 50 Hz sehingga hal ini juga digunakan di Indonesia. Pada jaman penjajahan Jepang, kebetulan di Jepang menggunakan kedua frekuensi 50 dan 60 Hz sehingga saat menjajah tetap menggunakan listrik 50 Hz, yang berubah hanya tegangan 220 Volt diubah menjadi 110 Volt AC. Penggunaan tegangan 110 Volt tidak berlangsung lama, karena masalah ekonomis akhirnya Indonesia menggunakan tegangan 220 Volt 50 Hz.
19
Gambar 2.1. Peta pemakaian jenis frekuensi di dunia (www.cites.illinois.edu)
4. Resistansi (Hambatan) Listrik Besaran listrik berikutnya yang perlu difahami adalah resistansi atau hambatan atau tahanan listrik. Resistanasi listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik dari suatu komponen elektronik (misalnya resistor) dengan arus listrik yang melewatinya. Resistansi listrik dapat diibaratkan sebagai aliran air pada sebuah pipa, dimana aliran air dapat dianalogikan sebagai aliran listrik. Sebuah pipa yang besar memungkinkan untuk dialiri air dengan debit yang lebih besar dibandingkan pipa yang kecil dalam waktu yang sama. Ini berarti pipa kecil lebih menghambat dibanding pipa besar. Nilai hambatan listrik dinyatakan dalam satuan Ohm (Ω). Kata Ohm dia mbil dari nama fisikawan jerman George Simon Ohm, yaitu orang yang menemukan hubungan antara tegangan arus dan hambatan listrik yang dikenal dengan Hukum Ohm. Satuan Ohm juga bisa ditulis dengan tanda Ω, yaitu karakter Omega dalam susunan abjad latin. Simbol hambatan listrik ditulis dengan huruf R, singkatan dari Resistance. Dalam praktek elektronika sehari-hari, huruf "R" juga sering digunakan untuk menyebut komponen resistor, yaitu komponen elektronika yang berfungsi sebagai hambatan.
20
a. Hukum Ohm Hukum Ohm menyatakan bahwa besarnya kuat arus yang mengalir diantara dua titik berbanding lurus dengan beda potensial antara kedua titik tersebut. Karena arus yang mengalir berbanding terbalik dengan hambatan listrik antara dua titik tersebut maka dapat dinyatakan bahwa kuat arus yang mengalir sama dengan tegangan listrik dibagi hambatan listrik.
Penerapan hukum Ohm merupakan sesuatu yng paling mendasar saat kita belajar elektronika. Dengan mengacu pada hukum Ohm dapat dilakukan perhitungan-perhitungan lanjut untuk merancang sebuah rangkaian berdasarkan rumus diatas. b. Hambatan Kawat Penghantar Nilai hambatan sebuah kawat ditentukan oleh hambat jenis kawat (Ρ), panjang kawat (l) dan luas penampang kawat (A). Besarnya hambatan berbanding lurus dengan panjang dan berbanding terbalik dengan luas penampang. Penyataan ini tertuang dalam hukum Pouillet yang ditemukan oleh Claude Pouillet, seorang fisikawan asal negara Prancis.
Berdasarkan rumus diatas, dapat dinyatakan bahwa sebuah kawat (dari jenis yang sama) yang lebih panjang memiliki hambatan listrik yang lebih besar dan sebuah kawat dengan luas penampang lebih besar memiliki hambatan yang lebih kecil. 5. Kapasitansi Kapasitansi adalah ukuran jumlah muatan listrik yang disimpan (atau dipisahkan) untuk sebuah potensial listrik yang telah ditentukan. Bentuk paling umum dari piranti penyimpanan muatan adalah sebuah kapasitor dua lempeng/pelat/keping. Jika muatan pada suatu elektroda (lempeng) adalah +Q dan
21
–Q, dan V adalah tegangan listrik antar lempeng/pelat/keping, maka rumus kapasitans adalah:
C : Kapasitansi yang diukur dalam farad Q : Muatan listrik dengan satuan Coloumb V : Tegangan dengan satuan volt Nilai kapasitansi menunjukkan kemampuan yang tertulis pada komponen kapasitor menunjukkan kemampuan komponen tersebut dalam menyimpan muatan listrik. Semakin besar nilai kapasitansi sebuah kapasitor, maka kemampuannya semakin besar dan biasanya mempunyai ukuran yang semakin besar pula. Gambar 2.2. menunjukkan berbagai jenis kapasitor yang digunakan dalam sistem elektronika maupun tenaga listrik.
Gambar 2.2. Berbagai Bentuk Kapasitor
6. Induktansi Induktansi adalah sifat dari rangkaian listrik yang menyebabkan timbulnya potensial listrik secara proporsional terhadap arus yang mengalir pada rangkaian tersebut yang disebut sebagai induktasi sendiri. Jika potensial listrik dalam suatu rangkaian ditimbulkan oleh perubahan arus dari rangkaian lain disebut sebagai
22
induktansi bersama. Satuan induktansi dalam satuan internasional adalah Weber per Ampere atau dikenal pula sebagai Henry (H). Induktansi muncul karena adanya medan magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik (Hukum Ampere). Banyak peralatan listrik yang menggunakan prinsip elektromagnetik sehingga memunculkan sifat induktif. Contoh peralatan yang bersifat induktif yaitu solenoid, belitan trafo, belitan motor listrik dan peralatanperalatan lainnya. Berikut ini salah satu contoh beban yang bersifat induktif yang disebut dengan Induktor.
Gambar 2.3. Berbagai jenis Induktor
7. Daya Listrik Daya Listrik atau dalam bahasa Inggris disebut dengan Electrical Power adalah jumlah energi yang diserap atau dihasilkan sebuah rangkaian. Sumber Energi akan menghasilkan daya listrik sedangkan beban yang terhubung dengannya akan menyerap daya listrik tersebut. Dengan kata lain, Daya listrik adalah tingkat konsumsi energi dalam sebuah rangkaian listrik. Sebagai contoh Lampu Pijar dan Heater (Pemanas), Lampu pijar menyerap daya listrik yang diterimanya dan mengubahnya menjadi cahaya sedangkan Heater mengubah daya listrik menjadi panas. Semakin tinggi nilai Watt suatu peralatan maka akan semakin tinggi pula daya listrik yang dikonsumsi. Jika dilihat dari konsep usaha, yang dimaksud dengan daya listrik adalah besarnya usaha yang dibutuhkan untuk memindahkan suatu muatan per satuan
23
waktu. Secara singkat daya listrik dapat dihitung dari Jumlah Energi Listrik yang digunakan tiap detik. Berdasarkan definisi tersebut, perumusan daya listrik adalah seperti dibawah ini = Dimana : P = Daya Listrik E = Energi dengan satuan Joule t = waktu dengan satuan detik Daya Listrik disimbolkan dengan huruf
kapital “P” yang merupakan
singkatan dari Power dengan satuan Watt dan disingkat W. Watt adalah sama dengan satu joule per detik (Watt = Joule / detik). Dalam aplikasinya sering digunakan satuan turunan dari Watt sebagai berikut
1 miliWatt = 0,001 (1/1000) Watt
1 kiloWatt = 1.000 (103) Watt
1 MegaWatt = 1.000.000 (106)Watt
1 Giga Watt = 1.000.000.000 (10 9) Watt
8. Faktor Daya Faktor daya listrik sering disebut dengan istilah Cos ϕ merupakan salah satu besaran listrik yang penting dalam listrik bolak-balik. Faktor daya muncul akibat adanya frekuensi yang melewati beban listrik yang bersifat induktif atau kapasitif. Pada sistem tenaga listrik AC dikenal tiga jenis beban yaitu 1) Resistif, 2) Induktif dan 3) Kapasitif. Faktor daya didefinisikan sebagai perbandingan nilai daya aktif atau daya nyata dengan daya semua. Secara matematik, nilai faktor daya dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:
24
= Cos ϕ : Faktor daya P
: Daya Nyata
S
: Daya Semu
9. Energi Listrik Energi listrik adalah energi yang berasal dari muatan listrik yang menimbulkan medan listrik statis atau bergeraknya elektron pada konduktor (pengantar listrik ) pada zat cair atau gas. Energi listrik dapat dihasilkan dari konversi energi lain. Peralatan listrik dan elektronik membutuhkan energi listrik yang sesuai. Peralatan listrik AC membutuhkan sumber listrik AC, demikian juga dengan peralatan listrik DC membutuhkan sumber listrik DC. Energi listrik dapat dicari dari perkalian antara daya yang dibutuhkan selama waktu pemakaian dan ditulis dalam permsaan W = P . t dengan W : Energi Listrik P : Daya aktif T : waktu pemakaian Satuan energi listrik yaitu Watt Hour atau disingkat WH dan untuk pemakaian listrik sering digunakan satuan Kilo Watt Jam (KWH). Beberapa batu baterai dan aki menggunakan satuan Ampere Hour (AH) atau mili Ampere Hour (mAH). Sebagai contoh sebuah baterai menyimpan energi listrik dengan kapasitas 700 mAH. Hal ini berarti batu baterai mampu menghasilkan energi untuk menyuplai peralatan listrik selama satu jam jika total arus yang mengalir 700 mA. Jika peralatan hanya membutuhkan arus 100 mA, maka baterai dapat bertahan selama 7 Jam.
25
B. Pengukuran Besaran Listrik 1. Pengukuran Tegangan Listrik Pengukuran teganga listrik dapat dilakukan dengan alat ukur yaitu voltmeter, multimeter dan osiloskop. Voltmeter bekerja dengan cara mengukur arus yang melalui rangkaian ketika dilewatkan melalui resistor dengan nilai tertentu. Sesuai hukum Ohm, nilai tegangan sebanding dengan besar arus untuk nilai resistansi yang sama. Prinsip kerja potensiometer adalah menimbang tegangan yang diukur dengan tegangan yang sudah diketahui besarnya dengan menggunakan rangkaian jembatan. Gambar 2.4. menunjukkan alat ukur tegangan dengan voltmeter atau multimeter. Terdapat dua jenis voltmeter yaitu voltmeter analog dan voltmeter digital.
Gambar 2.4. Alat ukur tegangan Voltmeter atau Multimeter Prinsip pengukuran tegangan listrik dapat dilakukan dengan memasang alat ukur secara paralel dengan sumber atau beban listrik. Gambar 2.5. menunjukkan cara melakukan pengukuran tegangan listrik pada sumber listrik (stop kontak).
26
Gambar 2.5. Pengukuran Tegangan Listrik dengan Multimeter Berbeda dengan voltmeter dan multimeter, alat ukur Osiloskop bekerja dengan cara menggunakan tegangan yang diukur untuk membelokkan elektron di layar monitor, sehingga di layar akan tercipta grafik dari elektron yang telah dibelokkan. Grafik ini sebanding dengan besar tegangan yang diukur.
Gambar 2.6. Pengukuran Tegangan Listrik dengan Osiloskop
2. Pengukuran Arus Listrik Alat yang dipergunakan untuk mengukur besarnya arus listrik dapat digunakan peralatan Ampermeter, multimeter dan tang ampere. Prinsip pengukuran harus dilakukan dengan memasang alat secara seri dengan beban listrik. Untuk memahami secara jelas bagaimana melakukan pengukuran arus listrik dengan Amper meter dapat dilihat pada gambar 2.6.
27
Gambar 2.6. Pengukuran Arus Listrik dengan Amperemeter Alat ukur lain yang digunakan untuk mengukur arus listrik yaitu dengan menggunakan Tang Amper atau Clamp Meter. Untuk mengukur arus listrik dengan Tang Amper dilakukan dengan cara mengalungkan alat ini dengan salah satu penghantar listrik baik fasa maupun netral.
Gambar 2.6. Pengukuran Arus Listrik dengan Tang Ampere (Clamp Meter)
3. Pengukuran Resistansi Listrik Resistansi suatu benda dapat diukur dengan alat ukur Ohm Meter atau multimeter untuk mengukur resistansi benda yang mempunyai nilai cukup kecil di bawah orde Mega Ohm. Sedangkan untuk mengukur benda yang memiliki tahanan yang sangat besar (dalam orde Mega Ohm) dapat digunakan alat ukur Megger.
28
Gambar 2.7. Pengukuran Resistansi dengan Ohm Meter Pada sistem tenaga listrik dan elektronika, komponen yang sering diukur dengan ohm meter yaitu Resistor yang berfungsi untuk membatasi arus listrik pada rangkaian. Untuk mengukur nilai resistansi dari suatu komponen resistor dapat diukur seperti pada gambar 2.7. Untuk mengukur tahanan isolasi suatu peralatan yang mempunyai nilai sangat besar biasanya digunakan peralatan Megger. Sebagai contoh untuk mengetahui tahanan belitan motor listrik apakah masih baik atau sudah rusak dapat dilakukan pengukuran tahanan isolasi dengan Megger seperti gambar 2.8.
Gambar 2.8. Pengukuran Tahanan Isolasi Motor Listrik dengan Megger
29
4. Pengukuran Daya Listrik Pengukuran daya lisrik baik AC satu fasa maupun tiga fasa, serta listrik DCdapat dilakukan dengan alat Watt Meter. Prinsip pengukuran Watt Meter dilakukan dengan mengukur arus dan tegangan. Berikut ini adalah cara melakukan pengukuran daya listrik dengan Watt Meter.
Gambar 2.9. Pengukuran Daya Listrik dengan Wattmeter
5. Pengukuran Faktor Daya Listrik Faktor daya listrik adalah perbandingan antara daya aktif dan daya semu pada listrik bolak-balik (AC). Faktor daya listrik mempunyai pengaruh pada kapasitas daya terpasang yang tidak dapat dimanfaatkan secara maksimal jika nilai faktor dayanya rendah. Nilai faktor daya berkisar antara 0 dan 1, dimana indealnya sistem tenaga listrik memberikan faktor daya sama dengan 1 yang berarti semua daya dapat dimanfaatkan untuk kebutuhan beban listrik. Pengukuran faktor daya listrik dapat menggunakan alat yang disebut dengan nama Cos ϕ Meter sebagaimana dapat dilihat pada gambar 2.9. alat ini mempunyai dua buah belitan yaitu belitan arus dan belitan tegangan. Prinsip 30
pengukuran faktor daya hampir sama dengan pengukuran daya listrik dengan menggunakan Watt Meter dimana untuk belitan arus harus dipasang secara seri dan belitan tegangan dipasang secara paralel.
Gambar 2.9. Pengukuran Faktor Daya (Cos ϕ) dengan Cos ϕ Meter
6. Pengukuran Induktansi dan Kapasitansi Alat yang dipergunakan untuk mengukur besar tegangan listrik, antara lain:
31
BAB III SUMBER ENERGI LISTRIK
Dalam kehidupan modern, manusia sangat sulit untuk dipisahkan dari energi listrik. Manusia sekarang sangat bergantung pada listrik sehingga banyak yang mengatakan bahwa tanpa listrik manusia akan mengalami kehampaan dalam kehidupan. Kondisi ini dapat dilihat dari berbagai peralatan yang digunakan manusia kebanyakan membutuhkan energi listrik seperti lampu, televisi, kipas angin, komputer, telephone, rice cooker, radio, pompa air, seterika, alat cukur, alat pijat, alat olahraga dan berbagai macam peralatan lain yang hampir semuanya membutuhkan listrik sebagai energinya. Bahkan dalam bidang transportasi sekarang mulai beralih menggunakan energi listrik seperti sepeda listrik, becak listrik, mobil listrik dan kereta api listrik. Setelah pada bab sebelumnya membahas konsep dasar listrik, pada bab ini akan dibahas darimana energi listrik ini berasal. Salah satu pertimbangan mengapa manusia sangat senang menggunakan energi listrik yaitu karena mudah untuk dibangkitkan dan mudah pula untuk diubah menjadi energi lain. Listrik yang digunakan manusia sehari-hari sebenarnya dihasilkan oleh pembangkit listrik lalu disalurkan melalui salurkan transmisi dan didistribusikan ke konsumen-konsumen yang membutuhkannya seperti dapat dilihat pada gambar 2.1. di bawah ini.
Gambar 2.1. Diagram Sistem Tenaga Listrik
32
Gambar di atas menjelaskan tentang sistem tenaga listrik yang terdiri dari beberapa komponen utama yaitu: 1.
Pembangkit Listrik Pembangkit listrik merupakan komponen sistem tenaga listrik yang
mempunyai fungsi membangkitkan energi listrik dengan cara melakukan konversi dari energi lain. Energi lain yang banyak digunakan untuk membangkitkan energi listrik biasanya berasal dari a. Pembangkit Listrik Tenaga Gas Pembangkit Listrik yang banyak digunakan di Indonesia yaitu pembangkit listrik tenaga gas (PLTG) karena berbagai keunggulan dibanding dengan pembangkit listrik jenis lainnya. Salah satu keunggulannya yaitu dari segi efisiensi dan kebersihan lingkungan. Pembangkit listrik tenaga gas mempunyai efisiensi yang tinggi berkisar 85 % dan tidak menimbulkan pencemaran lingkungan yang berat seperti pada PLTU. Gas yang digunakan adalah jenis gas alam atau LNG yang digunakan untuk memutar turbin yang disambung atau dikopel dengan mesin listrik (generator listrik). Karena mesin listrik pada sisi inputnya dihubungkan dengan turbin, maka mesin listrik berfungsi sebagai generator yang akan menghasilkan listrik di sisi output. Berikut ini gambaran proses pembangkitan energi listrik pada PLTG.
Gambar 2.2. Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG)
33
Gas buang PLTG mempunyai suhu yang masih tinggi sehingga biasanya dimanfaatkan untuk PLTU sehingga dikenal dengan nama PLTGU. b. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (Batu Bara) Pembangkit listrik lain yang banyak digunakan di Indonesia adalah PLTU yang menggunakan bahan baku batu bara. Batu bara digunakan untuk memasak air untuk menghasilkan uap bertekanan tinggi yang kemudian digunakan untuk memutar turbin. Karena turbin disambung dengan generator, sehingga akan menghasilkan energi listrik. PLTU
dengan bahan baku
batubara mempunyai kelemahan yaitu efisiensi yang rendah dan abu hasil pembakaran batu bara yang dapat mengotori lingkungan. Oleh karena itu diperlukan peralatan penyedot abu batu bara agar tidak menimbulkan pencemaran lingkungan.
Gambar 2.3. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)
PLTU biasanya dibangun di dekat pantai dengan pertimbangan pengiriman batu bara melalui kapal laut. Selain kemudahan pengiriman batu bara, juga ketersediaan air untuk dimasak pada Boiler dan untuk pendingin membutuhkan air dalam jumlah besar. Dengan lokasi di pinggir laut, menjadikan operasional pembangkit listrik tenaga uap lebih mudah dan ekonomis.
34
Pembangkit Listrik Tenaga Uap dapat dijumpai di Batang, Cilacap Jawa Tengah, Paiton, Grati Jawa Timur, Muara Angke Jakarta, Suralaya, Pelabuhan Ratu Jawa Barat, PLTU Bali, Sumatera dan PLTU lainnya.
c. Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (Minyak Solar) Pembangkit listrik lainnya yaitu PLTD atau pembangkit listrik tenaga diesel yang menggunakan bahan bakar minyak solar. PLTD banyak digunakan untuk pembangkit listrik skala kecil dan digunakan untuk cadangan jika listrik utama padam. PLTD skala kecil sering disebut dengan istilah Genset (Generator Set) yang biasa ditemui di rumah, kantor, instansi maupun industri baik sebagai sumber utama maupun cadangan. Sebagai sumber energi utama PLTD atau Genset banyak dipakai di industri yang belum ada aliran listrik dari PLN sehingga harus mempunyai sumber energi listrik sendiri. Selain itu Genser juga banyak dipakai untuk menggerakkan peralatan listrik seperti pompa air, gergaji listrik, mesin potong, mesin bor dan mesin-mesin lainnya untuk membantu pekerjaan.
Gambar 2.4. Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD)
d. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir Pembangkit listrik yang banyak digunakan oleh negara-negara maju seperti Amerika Serikat, Jepang, China, Korea, Taiwan dan Negara-negara Eropa yaitu PLTN dengan bahan baku radio aktif. PLTN mempunyai keunggulan
35
yaitu efiseinsi yang sangat tinggi. Perbandingan efisiensi PLTN dan PLTU dapat dilihat dari penggunakaan bahan baku 1 gram Uranium pada PLTN setara dengan 2 ton batu bara pada PLTU. Dengan efisiensi yang sangat tinggi maka biaya listrik dapat ditekan menjadi sangat murah. Akan tetapi karena faktor keamanan, banyak negara tidak berani menggunakan PLTN untuk pembangkit listrik utamanya.
Gambar 2.5. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)
e. Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (Geo Thermal) Panas Bumi atau Geo Thermal merupakan energi alam yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. Indonesia sebagai negara yang mempunyai banyak gunung berapi mempunyai potensi panas bumi yang cukup melimpah. Salah satu pembangkit listrik yang menggunakan energi panas bumi yaitu PLTP Dieng Jawa Tengah, PLTP Kamojang Jawa Barat dan PLTP Garut Jawa Barat. Prinsip kerja PLTP hampir mirip dengan PLTU, hanya pada PLTP tidak diperlukan pemasakan air untuk diubah menjadi uap. Energi listrik yang dihasilkan oleh PLTP berasal dari Energi Panas Bumi yang ada di dalam tanah dan dipompa untuk digunakan memutar turbin generator. Dengan energi panas bumi, tidak perlu ada boiler atau pemasakan air untuk diubah menjadi uap. Secara sederhana proses pembangkitan energi listrik dengan panas bumi dapat dilihat pada gambar 2.6.
36
Gambar 2.6. Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP)
f. Pembangkit Listrik Tenaga Matahari (Solar) Sumber energi listrik masa depan adalah yang dapat diperbaharui (renewable energy) seperti energi matahari, air, angin, bio gas, energi ombak dan energienergi yang dapat diperbaharui lainnya. Energi matahari dipercaya mempunyai jumlah yang sangat besar dan tidak akan habis untuk jangka waktu yang sangat panjang, namun pemanfataannya belum banyak diaplikasikan terutama untuk listrik. PLTS (Pembangkit Listrik Tenaga Solar) merupakan alat yang dapat mengubah energi matahari menjadi energi listrik. Berbeda dengan pembangkit listrik tenaga Gas, Uap, Nuklir dan Diesel yang menghasilkan listrik dalam jumlah besar dan biasanya menggunakan listrik AC, PLT Energi matahari biasanya berukuran relatif kecil dan menggunakan listrik DC. PLTS banyak digunakan untuk energi cadangan atau untuk supplai listrik di daerah yang belum teraliri energi listrik. Faktor biaya yang masih mahal dan umur peralatan yang cukup pendek, menjadikan PLTS masih belum optimal. Namun dimasa mendatang, dimana energi-energi lain akan mengalami kehabisan (Gas, Batu baru, minyak bumi, nuklir) maka energi matahari menjadi solusi energi di masa mendatang.
37
Gambar 2.6. Pembangkit Listrik Tenaga Matahari/Solar (PLTS)
g. Pembangkit Listrik Tenaga Air Energi yang dapat diperbaharui lainnya yaitu air. Indonesia terletak di daerah tropis yang mempunyai banyak sungai besar sehingga mempunyai potensi untuk menggunakan PLTA. Namun demikian, pemanfaatan energi air masih belum optimal karena minimnya bendungan yang dibangun dan biaya investasi yang cukup tinggi. PLTA memanfaatkan aliran air sungai yang dibendung dan dibuat aliran air untuk memutar turbin yang dikopel dengan mesin generator sehingga dapat menghasilkan listrik. Gambar 2.7. dapat menjelaskan gambaran bagaimana PLTA dapat menghasilkan energi listrik.
38
Gambar 2.7. Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)
h. Pembangkit Listrik Tenaga Angin Angin merupakan salah satu energi yang dapat diperbaharui dan masih belum banyak dimanfaatkan untuk energi listrik. Untuk memanfaatkan energi angin menjadi listrik diperlukan kincir angin (turbin angin) yang diletakkan di daerah yang kecepatan anginnya cukup besar. Selanjutnya turbin angin dihubungkan dengan generator listrik sehingga mampu menghasilkan energi listrik untuk dapat digunakan baik untuk perumahan maupun usaha dan industri.
Gambar 2.8. Pembangkit Listrik Tenaga Angin/Bayu (PLTB)
39
i. Pembangkit Listrik Tenaga lainnya Energi alam yang belum dimanfaatkan sangat banyak karena keterbatasan ilmu dan teknologi sekarang. Contoh energi yang dapat dimanfaatkan yaitu energi ombak, energi bio gas, energi sampah, energi limbah pembuaangan saluran air dan energi-energi lainnya. Dengan semakin menipisnya kandungan energi fosil (minyak dan gas) di dunia, bukan tidak mungkin di masa-masa mendatang energi alternatif terutama energi yang bersifat renewable akan mengalami perkembangan yang lebih baik.
2.
Saluran Transmisi Listrik Komponen sistem tenaga listrik yang ke dua adalah saluran transmisi yang
berfungsi untuk mengirimkan energi listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik menuju pusat-pusat beban (daerah-daerah yang membutuhkan). Pada umumnya pembangkit listrik berlokasi di pantai, bendungan, atau daerah terpencil lainnya yang jauh dari perkotaan dan industri. Untuk itu diperlukan saluran transmisi untuk mengirimkan listrik. Saluran transmisi listrik pada umumnya menggunakan saluran udara (overhead) dengan tegangan tinggi. Di Indonesia dikenal beberara saluran transmisi udara yaitu Saluran Udara Tegangan Extra Tinggi (SUTET) dengan tegangan 500 KV, Saluran Udata Tegangan Tinggi (SUTT) dengan tegangan 150 KV. Saluran transmisi udara dipilih karena alasan teknik dan ekonomis dibanding dengan saluran transmisi bawah tanah atau di dasar laut. Saluran transmisi udara dapat dilihat di sepanjang jalan Pantai Utara (Pantura), atau Pantai Selatan yang menghubungkan dari pusat-pusat pembangkit listrik ke pusat-pusat beban. Penggunaan tegangan tinggi dimaksudkan untuk meningkatkan kapasitas penyauran dan mengurangi rugi-rugi penyaluran. Dengan tegangan tinggi, maka ukuran penghantar dapat diperkecil sehingga dari sisi biaya akan lebih murah. Dengan tegangan tinggi, arus yang melewati saluran akan lebih kecil sehingga rugi-rugi penyaluran dapat diminimalisir. Berikut ini adalah contoh saluran transmisi udara tegangan ekstra tinggi yang membentang di Jalur Pantura.
40
Gambar 2.9. Saluran Transmisi Listrik Udara Tegangan Ekstra Tinggi
3.
Jaringan Distribusi Listrik Komponen sistem tenaga listrik yang ketiga yaitu Jaringan Distribusi Energi
Listrik. Listrik yang disalurkan melalui saluran transmisi mempunyai tegangan yang sangat tinggi, sehingga perlu diturunkan agar dapat digunakan oleh konsumen. Penurunan tegangan saluran transmisi dari 500 KV atau 150 KV dilakukan di Gardu Induk untuk diturunkan menjadi tegangan 20 KV untuk konsumsi industri dan selanjutnya dari 20 KV diturunkan menjadi tegangan 220/380 Volt untuk rumah tangga. Jaringan distribusi listrik biasanya dilakukan oleh PT PLN mulai Gardu Induk sampai dengan gardu distribusi untuk kemudian disalurkan kepada konsumen. Distribusi energi listrik dari PT PLN dilakukan melalui jaringan udara melalui tiang-tiang penyangga di tepi jalan atau dapat juga dilakukan dengan jaringan bawah tanah. Pada umumnya di daerah perkotaan jaringan distribusi menggunakan instalasi bawah tanah, sedangkan di pedesaan menggunakan instalasi udara. Pe milihan jenis instalasi listrik pada jaringan distribusi dilakukan dengan pertimbangan
Kemudahan
Biaya
Estetika
Keamanan
Kemudahan perawatan dan perbaikan
41
Gambar 2.10. Jaringan Distribusi Listrik Udara
4.
Pemakaian Energi Listrik Listrik yang dipakai oleh konsumen (rumah tangga, instansi dan dunia
usaha) biasanya menggunakan tegangan rendah yaitu 220 Volt untuk listrik satu fasa dan tegangan 380 Volt untuk listrik tiga fasa. Konsumen rumah tangga menggunakan listrik AC satu fasa dengan tegangan 220 Volt yang terdiri dari 2 penghantar yaitu Fasa dan netral.
5.
Sistem Proteksi Untuk menjamin keamanan penggunaan energi listrik perlu dilengkapi
dengan peralatan proteksi (pengaman). Energi listrik mempunyai potensi bahaya seperti energi-energi lain, oleh karena itu pemanfaatan energi listrik harus dilakukan oleh personel yang kompeten dan berpengalaman dalam melaksanakan pekerjaan kelistrikan. Peralatan proteksi bertujuan untuk mencegah terjadinya bahaya yang disebabkan oleh listrik baik bahaya bagi pengguna maupun bahaya bagi peralatan listrik agar tidak rusak. Penggunaan energi listrik di Indonesia sudah diatur dalam Standar Nasional Indonesia (SNI) yang berupa Peraturan Instalasi Listrik (PUIL) yang diterbitkan oleh Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM)
42
untuk mengatur penyediaan, penyaluran, pendistribusian dan pemakaian energi listrik oleh pihak-pihak terkait agar memenuhi kesehatan, keamanan, kehandalan dan ramah terhadap lingkungan. Listrik di Indonesia menggunakan standar tegangan 220 Volt untuk listrik AC 1 fasa dengan frekuensi 50 Hz. Beban atau peralatan listrik harus menyesuaikan dengan standar yang berlaku di Indonesia agar peralatan aman digunakan dan tidak membahayakan pemakaianya dan juga peralatan itu sendiri. Untuk menjamin keamanan pemakaian energi listrik, PUIL sudah mensyaratkan sistem keamanan yang harus dipenuhi. Pada umumnya kecelakaan yang dapat diakibatkan oleh energi listrik yaitu 1) berupa sentuhan baik langsung maupun tidak langsung oleh manusia, 2) beban melebihi kapasitas daya terpasang, 3) hubung singkat. Untuk itu diperlukan peralatan proteksi. 1. Pengaman Sentuhan Langsung Listrik mempunyai potensi bahaya jika bagian bertegangan tersentuh oleh manusia secara langsung. Kejadian manusia menyentuh bagian listrik yang bertegangan disebut sebagai kesetrum. Hal ini bisa mengakibatkan kecelakaan yang berakibat kematian. Untuk mencegah terjadinya sentuhan langsung terhadap bagian listrik yang bertegangan, PUIL mensyaratkan setiap bagian instalasi listrik yang mempunyai tegangan harus dilengkapi dengan isolasi yang aman bagi manusia. Bahan isolasi harus berkualitas agar tidak mudah rusak yang dapat mengakibatkan sentuhan langsung terhadap bagian yang bertegangan. Isolasi dapat menggunakan bahan-bahan isolator yang telah dibahas pada bab I yaitu karet, plastik, keramik, kertas dan bahan-bahan lainnya. Selain harus berisolasi, perlu ada peringatan kepada pengguna listrik akan bahaya jika menyentuh atau memegang secara langsung bagian listrik yang bertegangan.
43
Gambar 2.11. Tersengat Listrik
2. Pengaman Sentuhan Tidak Langsung Selain bahaya tersentuh secara langsung, kadang terjadi bahaya sentuhan tidak langsung artinya manusia menyentuh bagian peralatan listrik yang seharusnya tidak bertegangan tetapi menjadi bertegangan. Contoh kasus sentuhan tidak langsung adalah jika manusia menyentuh
bagian belakang
chasing komputer yang terbuat dari logam. Seharusnya bagian chasing komputer tidak mempunyai tegangan listrik karena tidak ada hubungan langsung dengan listrik, akan tetapi pada kenyataannya jika manusia menyentuhnya akan terkena sengatan listrik yang cukup mengagetkan. Besarnya tegangan listrik ini tidak terlalu besar tetapi dapat mengakibatkan kaget dan rasa sakit. Sentuhan tidak langsung diakibatkan oleh adanya beban listrik yang bersifat induktif (lilitan) seperti pada komputer ada trafo yang digunakan pada rangkaian power supply. Dengan adanya beban induktif inilah, maka sesuai dengan prinsip muatan listrik, maka proses induksi juga mengarah ke chasing komputer yang terbuat dari logam. Akibatnya logam yang tidak berhubungan langsung dengan listrik menjadi bertegangan. Bagaimana cara mengatasi bahaya sentuhan tidak langsung? Salah satu cara yang dapat dilakukan adalah dengan menghubungkan bagian logam pada chasing komputer dengan tanah atau sering disebut dengan Grounding. Dengan cara ini, maka muatan listrik yang ada pada chasing akan dibuang ke tanah sehingga tidak membahayakan manusia. 44
Gambar 2.12. Sentuhan Langsung dan Tidak Langsung
3. Pengaman Beban Lebih Potensi bahaya listrik yang sering terjadi lainnya yaitu beban lebih, dimana beban yang digunakan oleh konsumen melebih dari kapasitas atau desain instalasi listrik awalnya. Banyak kasus terjadi pada instalasi pada awalnya daya yang terpasang kecil misal 900 VA atau 1300 VA karena kebutuhan energi listrik masih kecil. Seiring dengan perkembangan ekonomi dan jumlah anggota keluarga, kebutuhan peralatan listrik semakin lama semakin meningkat sehingga menyebabkan beban lebih. Jika terjadi beban lebih maka perlu ada pengaman yang akan mematikan pasokan energi listrik secara otomatis. Peralatan yang digunakan adalah Pemutus atau Circuit Breaker.
Gambar 2.13. Peralatan Pemutus atau Circuit Breaker
45
Permasalahan beban lebih sering terjadi karena penambahan daya terpasang. Contoh pada awal pemasangan daya terpasang 900 VA, karena kebutuhan maka dikemudian hari ditambah menjadi 2200 VA. Biasanya pada saat penambahan daya tidak dilakukan analisis kelayakan instalasi apakah memungkinkan untuk beban menjadi lebih tinggi. Dengan penggunaaan bahan seperti kabel yang masih sama akan mempunyai resiko terjadi beban lebih dan menyebabkan panas. Jika hal ini berlangsung dalam waktu yang lama dapat merusak isolasi kabel. Jika isolasi kabel rusak, akibatnya bisa terjadi gangguan yang lebih parah seperti hubung singkat yang berpotensi terjadi kebakaran.
4. Pengaman Hubung Singkat Potensi gangguan listrik yang paling berbahaya adalah jika terjadi hubung singkat atau konsleting listrik. Hubung singkat (Short Circuit) adalah kondisi tersambungnya penghantar fasa dan penghantar netral secara langsung. Hubung singkat dapat terjadi baik secara sengaja maupun tidak sengaja. Akibat hubung singkat dapat menyebabkan adanya percikan api yang jika menyambar bagian yang mudah terbakar dapat menyebabkan kebakaran. Akibat dari hubung singkat diantaranya adalah:
Membahayakan keselamatan manusia
Putusnya suplai tenaga listrik
Kerusakan peralatan listrik karena peningkatan tekanan termal dan mekanis yg akhirnya tidak bisa ditoleransi oleh peralatan listrik Untuk mengatasi gangguan hubung singkat dapat dilakukan dengan
pemasangan peralatan proteksi hubung singkat berupa Pemutus Rangkaian (Crcuit Brekaer) atau Sekering (Fuse).
Gambar 2.14. Macam-macam Sekering (Fuse)
46
5. Pengaman Suhu Lebih Beberapa peralatan listrik yang menggunakan motor listrik seperti pompa air, kompresor, AC, kipas angin dan peralatan-peralatan lainnya terkadang dilengkapi dengan pengaman terhadap suhu lebih. Pengaman suhu lebih bertujuan untuk mengamankan peralatan dari suhu yang berlebih akibat dari beban lebih atau pada kondidi motor tidak mau berputar. Contoh kasus yaitu pada pompa air yang menggunakan motor listrik, pada saat kemarau dimana air mengalami kekeringan, maka motor pompa air akan terus menyala walaupun tidak ada air yang disedot. Hal ini akan dapat membahayakan mesin pompa air karena pompa tetap menyala sementara tidak ada air yang dialirkan sehingga motor menjadi panas. Dengan adanya pengaman panas lebih (thermal overload), maka motor akan dapat dimatikan secara otomatis sehingga tidak merusak motor dan menghindari bahaya kebakaran.
Gambar 2.15. Pemasangan Proteksi Thermal Overload pada Motor Listrik
47
BAB IV LISTRIK AC DAN DC
A. Pengantar Energi listrik yang digunakan oleh manusia terdiri dari 2 bentuk yaitu listrik arus bolak-balik (AC) dan listrik arus searah (DC). Masing-masing mempunyai kelebihan dan kelemahan, sehingga penggunaannya harus disesuaikan dengan kebutuhan. Listrik AC banyak digunakan oleh pembangkit listrik berdaya besar seperti pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU), tenaga Gas (PLTG), tenaga air (PLTA), tenaga mesin diesel (PLTD) dan pembangkit listrik besar lainnya. Selain di pembangkit, listrik AC juga banyak digunakan pada saluran transmisi dari sumber pembangkit ke pusat-pusat beban. Sistem penyaluran energi listrik dalam bentuk AC dapat dilakukan dengan murah karena untuk sistem penyaluran biasanya menggunakan tegangan tinggi. Peralatan pengubah daya listrik tegangan tinggi AC mudah dilakukan dengan menggunakan transformator, berbeda dengan listrik DC. Listrik DC banyak digunakan oleh pembangkit listrik tenaga bayu atau angin, tenaga matahari atau solar sel, dinomo sepeda dan pembangkit listrik lainnya yang umumnya dalam skala kecil. Peralatan rumah tangga dan peralatan portabel banyak menggunakan listrik DC karena faktor keamanan, kemudahan dalam penyimpanan dan ketersediaan.
B. Tegangan dan Arus DC (Searah) Listrik DC memiliki polaritas yang tetap yakni positif (+), nol (0), dan negatif (-). Listrik DC tidak memiliki perbedaan fasa dan arus yang mengalir pun selalu dari polaritas yang lebih tinggi ke polaritas yang lebih rendah yakni dari positif ke negatif, dari positif ke nol, atau dari nol ke negatif karena polaritas nol lebih tinggi dari polaritas negatif. Dalam praktiknya, polaritas positif umumnya menggunakan warna kabel merah sedangkan negatif menggunakan kabel berwarna hitam.
48
Bentuk gelombang listrik DC yang ideal dapat dilihat pada gambar 3.1 di bawah ini.
Gambar 1.1. Bentuk Gelombang DC
Bentuk gelombang DC selama periode t, tegangan atau arus listrik akan selalu mempunyai nilai polaritas yang tetap.
Listrik DC banyak digunakan
sebagai sumber energi peralatan elektronika yang berdaya kecil seperti:
Handphone
Laptop
Kamera
Lampu senter
Lampu LED
Sepeda Listrik
Fork lift (Garpu angkat)
Catu daya kelistrikan motor dan mobil
Mainan anak yang menggunakan listrik atau batu baterai
Remote
Peralatan-peralatan rumah tangga lainnya.
C. Listrik AC (Bolak-balik) Berbeda dengan listrik DC, listrik AC memiliki dua polaritas yang berubahubah dari polaritas yang lebih tinggi ke polaritas yang lebih rendah dalam satuan waktu. Polaritas tersebut diukur dari titik Netral (N) atau Ground (GND). Dengan demikian tegangan AC memiliki fasa dan frekuensi misalnya 50 Hz (50 cycle per detik) atau 60 Hz (60 Cycle per detik). Listrik AC di Indonesia menggunakan
49
standar frekuensi 50 Hz, sedangkan Negara-negara Amerika dan Eropa menggunakan standar frekuensi 60 Hz. Perbedaan listrik AC dan DC paling mendasar adalah bentuk gelombang dan polaritas sehingga sifat dan karakterisitk peralatan yang menggunakan sumber tegangan AC akan berbeda dengan peralatan yang menggunakan sumber tegangan DC. Perangkat yang menggunakan sumber tegangan AC akan menghasilkan arus AC dan perangkat yang menggunakan tegangan DC akan menghasilkan arus DC kecuali dirancang dengan sistem khusus untuk mengkonversi tegangan. Listrik AC mempunyai karakteristik yang berbeda dengan listrik DC. Berikut ini adalah karakteristik yang membedakan antara listrik AC dan listrik DC. Aspek
Listrik DC
Listrik AC
Frekuensi
Tidak ada atau nol
Konstan (50 Hz atau 60 Hz)
Perbedaan Fasa
Tidak ada
Ada
Arus
Searah
Bolak-balik
Sifat Beban
Resistif
Resistif, Induktif dan Kapasitif
Daya
Hanya Daya (P dalam Watt)
Aktif Ada 3 Daya Daya Aktif (P dalam Watt) Daya Reaktif (Q dalam VAR) Daya Semu (S dalam VA)
Berdasarkan penggunaan jumlah fasa-nya tegangan AC terdiri dari listrik satu fasa dan tiga fasa. Listrik AC 1 fasa terdiri dari 2 atau 3 penghantar yaitu penghantar Fasa, penghantar Neutral, dan penghantar Ground. Listrik AC tiga fasa terdiri dari 4 atau 5 penghantar yaitu penghantar fasa R, fasa S, fasa T, penghantar Neutral, dan penghantar Ground. Dalam perkabelan listrik, polaritas tegangan AC dibedakan dengan warna kabel. Biru utuk fasa, Hitam untuk Netral, dan Kuning atau Kuning Hijau untuk Ground.
50
1. Listrik AC 1 Fasa Listrik AC 1 fasa banyak digunakan di rumah, kantor, instansi dan bangunan publik lainnya. Listrik AC 1 fasa bisa berasal dari pembangkit listrik 1 fasa seperti genset atau juga bisa berasal dari pembangkit listrik AC 3 fasa yang hanya di ambil 1 fasa saja misal fasa R saja dan netral, atau fasa S saja dan netral atau fasa T saja dengan netral. Bentuk gelombang listrik AC 1 fasa dapat dilihat pada gambar 3.2 di bawah ini.
Gambar 3.2. Bentuk Gelombang listrik AC 1 fasa
Peralatan listrik yang menggunakan sumber listrik AC 1 fasa kebanyakan adalah peralatan-peralatan rumah tangga, peralatan perkantoran dan peralatan portabel. Contoh peraralatan listrik yang menggunakan sumber tenaga listrik AC 1 fasa adalah sebagai berikut:
Lampu TL
Komputer
AC rumah (AC Split)
Kipas angin
Seterika listrik
Rice cooker
Video player
Televisi
Pompa air
Pemanas air
51
Rice cooker
Dll
2. Listrik AC 3 Fasa Listrik bolak-balik (AC) 3 fasa dihasilkan oleh pembangkit listrik 3 fasa yang biasanya berukuran besar. Pembangkit listrik tenaga air (PLTA), tenaga uap (PLTU), tenaga gas (PLTG), tenaga panas bumi (PLTP) dan tenaga nuklir (PLTN) pada umumnya menghasilkan listrik 3 fasa. Dari listrik 3 fasa inilah kemudian ditransmisikan, didistribusikan ke pemakai baik perumahan, industri, dunia usaha atau perkantoran dalam bentuk listrik 3 fasa.
Gambar 3.3. Sistem listrik 3 fasa
Listrik tiga fasa dapat juga dihasilkan dari konversi listrik satu fasa atau listrik DC yang diubah dengan peralatan inverter tiga fasa. Dalam kasus ini pengubahan listrik satu fasa atau listrik DC menjadi 3 fasa dilakukan untuk keperluan pengaturan kecepatan dan torsi dari peralatan seperti motor listrik. Contoh aplikasi yaitu pada pengaturan kecepatan motor konveyor, kecepatan dan torsi lift, kecepatan eskalator, kecepatan mesin bubut dan mesin-mesin produksi lainnya. Listrik 3 fasa digunakan oleh dunia industri yang membutuhkan peralatan berupa motor-motor berdaya besar seperti mesin bubut, mesin mixing, mesin
52
cracking, mesin konveyor, mesin lift, mesin eskalator dan mesin-mesin produksi lainnya.
53
BAB V KARAKTERISTIK BEBAN PADA LISTRIK AC
Beban listrik merupakan semua peralatan yang dihubungkan dengan sumber energi listrik. Contoh beban listrik yaitu peralatan rumah tangga seperti lampu, pompa air, kipas angin, seterika listrik, rice cooker, mixer, blender, water heater listrik, Air Conditioner (AC), komputer, TV dan berbagai macam peralatan listrik lainnya. Pada rangkaian listrik, peralatan-peralatan listrik dikategorikan menjadi beban listrik (Load), sedangkan pembangkit listrik dikenal dengan nama sumber listrik. Sebagaimana dijelaskan pada bab 3 tentang listrik AC dan DC, beban listrik mempunyai karakteristik yang berbeda ketika diberikan sumber listrik. Pada listrik DC, semua peralatan hanya bersifat resistif sehingga hanya muncul satu jenis daya yaitu daya aktif (nyata) yang dinyatakan dengan satuan Watt. Hal ini berbeda dengan sistem listrik AC (arus bolak-balik)
yang tidak hanya
mempunyai beban resistif tetapi juga ada beban induktif dan kapasitif. Munculnya beban induktif dan kapasitif pada listrik AC disebabkan karena adanya frekuensi sehingga muncul reaktansi induktif dan reaktansi kapasitif yang digunakan untuk membangkitkan medan magnet. Beberapa peralatan listrik menggunakan prinsip medan elektromagnetik sehingga membutuhkan medan magnet agar dapat bekerja. A. Beban Resistif (Beban R) Beban resistif (R) yaitu peralatan listrik yang hanya mengandung komponen tahanan listrik (resistance) sehingga hanya memutuhkan daya aktif saja. Contoh peralatan listrik yang dikelompokkan dalam beban resistif yaitu lampu pijar dan elemen pemanas (heating element). Peralatan listrik yang termasuk dalam beban resistif hanya mengkonsumsi beban aktif dan mempunyai faktor daya sama dengan satu. Gambar rangkaian listrik AC untuk beban Resistif dapat dilihat pada gambar 4.1. di bawah ini.
54
Gambar 4.1. Beban Listrik Resistif
Pada beban listrik resistif, tegangan dan arus listrik mempunyai fasa yang sama. Persamaan daya sebagai berikut : P=V.I Dengan : P = daya aktif yang diserap beban (watt) V = tegangan yang mencatu beban (volt) I = arus yang mengalir pada beban (A)
Karakteristik beban resistif pada listrik AC yaitu bentuk gelombang tegangan dan arus pada menunjukkan fasa yang sama atau tidak ada perbedaan fasa seperti dapat dilihat pada gambar 4.2.
Gambar 4.2. Bentuk gelombang Teg dan Arus pada Beban Resistif
Yang dimaksud dengan sefasa adalah, bentuk gelombang tegangan dan arus tidak mempunyai perbedaan fasa, dimana selama perioda t, nilai arus dan tegangan mempunyai pola yang sama. Secara vektor, tegangan dan arus dapat digambarkan dalam gambar 6, dimana arah tegangan dan arus adalah sama sejajar dengan sumbu x.
55
Gambar 4.3. Grafik Arus dan Tegangan Pada Beban Resistif
B. Beban Induktif (L) Beban induktif (L) yaitu peralatan listrik yang terdiri dari kumparan kawat yang dililitkan pada suatu inti, seperti coil, transformator, motor listrik dan solenoida. Beban ini dapat mengakibatkan pergeseran fasa (phase shift) pada arus sehingga bersifat lagging. Perbedaan fasa arus disebabkan oleh adanya energi yang tersimpan dalam bentuk medan magnet sehingga mengakibatkan fasa arus bergeser menjadi tertinggal terhadap tegangan. Rangkaian listrik yang menggambarkan beban induktif dapat dilihat pada gambar 4.4. dimana sebuah sumber listrik AC yang terhubung dengan beban induktif (L).
Gambar 4.4. Beban Listrik Induktif
Beban jenis ini menyerap daya aktif dan daya reaktif. Persamaan daya aktif untuk beban induktif adalah sebagai berikut : P = VI cos φ Dengan : P = daya aktif yang diserap beban (watt) V = tegangan yang mencatu beban (volt) I = arus yang mengalir pada beban (A) φ = sudut antara arus dan tegangan
56
Gambar 4.5. Rangkaian Induktif Gelombang AC
Bentuk gelombang tegangan dan arus mempunyai perbedaan fasa sebesar 90 derajat. Arus listrik pada beban induktif tertinggal dibanding dengan tegangannya. Hal ini disebabkan oleh adanya induksi magnetik dimana jika ada arus listrik maka akan muncul medan magnet sehingga arusnya menjadi tertinggal dibanding tegangan. Secara vektor, arus dan tegangan dapat digambarkan sebagai berikut:
Gambar 4.6. Grafik Arus dan Tegangan Pada Beban Induktif
Untuk menghitung besarnya reaktansi induktif (XL), dapat digunakan rumus :
Dengan : XL = reaktansi induktif F = frekuensi (Hz) L = induktansi (Henry)
57
Pada umumnya, peralatan listrik yang menggunakan lilitan seperti motor listrik, transformator, balast dan lain sebagainya mempunyai kecenderungan bersifat induktif. Pompa air, kipas angin, lampu Neon (Lampu TL), mesin cuci, blender, mixer, konveyor, escalator, lift dan peralatan sejenis bersifat induktif. Pengaruh beban induktif yaitu dapat menurunkan faktor daya menjadi kurang dari satu yang berakibat pada menurunnya kapasitas daya terpasang. Perlu diingat bahwa daya terpasang menggunakan daya semu dengan satuan VA sedangkan beban (peralatan) listrik dinyatakan dengan Watt. Pada listrik DC, Daya Semu sama dengan daya aktif karena tidak ada perbedaan fasa, tetapi pada listrik AC, Daya Semu berbeda dengan daya aktif karena ada faktor daya.
C. Beban Kapasitif (C) Beban kapasitif (C) yaitu beban yang memiliki kemampuan kapasitansi atau
kemampuan
untuk
menyimpan
energi
yang
berasal
dari
pengisian elektrik (electrical discharge) pada suatu rangkaian. Berbeda dengan beban induktif yang arusnya ketinggalan (Lagging) terhadap tegangan. Beban kapasitif menyebabkan arus mendahului (Leading) terhadap tegangan. Beban jenis ini menyerap daya aktif dan mengeluarkan daya reaktif.
Gambar 4.7. Beban Listrik Resistif
Persamaan daya aktif untuk beban induktif adalah sebagai berikut : P = VI cos φ Dengan : P = daya aktif yang diserap beban (watt) V= tegangan yang mencatu beban (volt) I = arus yang mengalir pada beban (A)
58
φ = sudut antara arus dan tegangan
Gambar 4.8. Rangkaian Kapasitif Gelombang AC
Gambar 4.9. Grafik Arus dan Tegangan Pada Beban Kapasitif
Untuk menghitung besarnya rektansi kapasitif (X C), dapat digunakan persamaan berikut ini :
Dimana : XL = reaktansi kapasitif f = frekuensi C = kapasitansi (Farad)
59
Beban kapasitif biasanya digunakan untuk memperbaiki faktor daya yaitu berupa pemasangan kapasitor yang dipasang secara paralel. Secara vektor, beban kapasitif dan beban induktif mempunyai arah yang berlawanan, sehingga untuk meningkatkan faktor daya, beban yang bersifat induktif dapat dikompensasi dengan kapasitor. D. Segitiga Daya Listrik Sistem tenaga listrik AC mempunyai tiga macam sifat beban sebagaimana di bahas pada sub bab sebelumnya sehingga berakibat menghasilkan tiga macam daya listrik yaitu: 1. Daya Aktif (P dalam Watt) Daya akif (P) merupakan daya nyata yang dipakai untuk menjalankan beban atau peralatan listrik. Daya aktif dinyatakan dalam satuan Watt yang merupakan perkalian antara arus dan tegangan dikalikan dengan faktor dayanya. P = V. I . Cos Sebagai contoh Lampu TL tertulis mempunyai daya 40 Watt, maka daya yang dibutuhkan adalah 40 Watt. 2. Daya Reaktif (Q dalam VAR) Daya Reaktif merupakan daya imajiner yang digunakan oleh peralatan listrik untuk
membangkitkan
medan
magnet.
Kebanyakan
peralatan
listrik
menggunakan prinsip induksi elektromagnetik sehingga membutuhkan medan magnet untuk dapat beroperasi. Untuk itu peralatan listrik semacam ini membutuhkan supplai daya reaktif. 3. Daya Semu (S dalam VA) Daya semu merupakan daya sesungguhnya yang Hubungan antara Daya Aktif (P), Daya Reaktif (Q) dan Daya Semu (S) dapat dijelaskan dengan prinsip segitiga daya seperti terlihat pada gambar 4.10. Ketiga daya dapat digambarkan dalam bentuk vektor dengan ketentuan sebagai berikut:
60
Daya Aktif (P) dinyatakan dengan vektor yang mempunyai arah searah dengan sumbu x
Daya Reaktif (Q) dinyatakan dengan vektor yang mempunyai arah searah dengan sumbu Y
Daya Semu (S) dinyatakan dengan vektor yang mempunyai arah membentuk sudut ϕ.
Gambar 4.10. Segitiga Daya Listrik
Hubungan antara P, Q dan S dapat dinyatakan dengan hukum trigonometri sebagai berikut:
P dan Q tegak lurus membentuk sudut 90 0
S dan P membentuk sudut ϕ, sehingga berlaku persamaan P = S Cos ϕ Cos ϕ merupakan faktor daya yang mempunyai nilai antara 0 dan 1.
E. Perbaikan Faktor Daya Beban induktif pada listrik AC mengakibatkan faktor daya menjadi turun atau kurang dari 1. Semakin banyak peralatan listrik yang bersifat induktif digunakan akan mengakibatkan faktor daya listrik turun. Hal ini akan berpengaruh pada menurunnya kapasitas daya terpasang. Sebagai contoh, Sebuah rumah berlangganan PLN dengan kapasitas 900 VA. Kapasitas daya terpasang merupakan daya Semu (S) dengan satuan VA. Jika rumah tersebut mempunyai peralatan sebagai berikut:
61
No.
Peralatan
Daya Aktif (Watt)
Faktor Daya
Jumlah
Total Daya
1.
Lampu TL
20 W
0,6
4
80 W
2.
Lampu LED
12 W
0,95
4
48 W
3.
Kulkas
150 W
0,6
1
150 W
4.
TV
80 W
0,8
1
80 W
5.
Seterika
300 W
1
1
350 W
6.
Pompa Air
350 W
0,6
1
350 W
7.
Magic Jar
300 W
0,9
1
350 W
8.
Mesin Cuci
200 W
0,6
1
200 W
9.
Radio Compo
80 W
0,8
1
80 W
10.
Komputer
120 W
0,8
1
120 W
Jika pada suatu saat penghuni rumah menyalakan peralatan 4 Lampu TL, Kulkas, TV, Pompa Air, dan komputer maka total daya aktifnya adalah 80 + 350 + 80 W + 120 = 630 Watt. Jika dilihat dari daya aktif saja maka, dengan langganan 900 VA kebanyakan pelanggan sudah menganggap cukup. Tetapi dalam kenyataan dengan pola beban listrik seperti di atas Circuit Breaker (Pemutus Rangkaian) akan trip atau putus. Hal ini disebabkan perhitungan di atas belum memperhatikan faktor daya beban. Perhitungan yang benar adalah sebagai berikut:
62
No.
Peralatan
Daya Aktif (Watt)
Faktor Daya
Jumlah
Total Daya
Daya Semu
(Watt)
(VA)
1.
Lampu TL
20 W
0,6
4
80 W
133,3 W
2.
Kulkas
150 W
0,6
1
150 W
250 W
3.
TV
80 W
0,8
1
80 W
100 W
4.
Pompa Air
350 W
0,6
1
350 W
583,3 W
5.
Komputer
120 W
0,8
1
120 W
150 W
780 W
1216, 7 VA
Jumlah
Perhatikan perhitungan daya Aktif (P dalam Watt) dan Daya Semu (S dalam VA). Dalam perhitungan daya aktif peralatan hanya 780 W sehingga masih lebih kecil dari daya terpasang 900 VA. Ingat di sini ada perbedaan antara daya terpasang yang satuannya menggunakan VA dengan daya total peralatan yang menggunakan Watt. Oleh karena itu yang dilihat adalah perhitungan dengan menggunakan VA. Total daya yang dibutuhkan oleh peralatan yaitu 1216, 7 VA yang melebihi daya terpasang PLN yaitu 900 VA. Hal ini akan menyebabkan terjadinya beban lebih maka peralatan proteksi secara otomatis akan memutuskan rangkaian (Pemutus Rangkaian) atau Circuit Breaker. Bagaimana solusi untuk memperbaiki faktor daya agar mempunyai nilai yang mendekati satu? Solusinya adalah dengan menambahkan kapasitor yang dipasang secara paralel dengan beban listrik. Sebagaimana dibahas pada segitiga daya, bahwa daya induktif terdiri dari dua macam yaitu daya reaktif induktif yang arahnya ke atas dan daya induktif kapasitif yang arahnya ke bawah. Dengan arah yang berlawanan, kedua daya reaktif ini bersifat saling menghilangkan. Pada umumnya peralatan listrik bersifat induktif sehingga kecenderungannya faktor daya bergeser ke arah induktif.
63
BAB VI RANGKAIAN LISTRIK
A. Rangkaian Listrik Rangkaian listrik adalah suatu kumpulan komponen atau elemen listrik yang saling dihubungkan dengan aturan tertentu dan paling sedikit mempunyai satu lintasan tertutup. Elemen atau komponen pada rangkaian listrik minimal mempunyai dua buah terminal atau kutub pada kedua ujungnya. Pembatasan elemen atau komponen listrik pada Rangkaian Listrik dapat dikelompokkan kedalam elemen atau komponen aktif dan pasif. Elemen aktif adalah elemen yang menghasilkan energi dalam hal ini adalah sumber tegangan dan sumber arus, mengenai sumber ini akan dijelaskan pada bab berikutnya. Elemen lain adalah elemen pasif dimana elemen ini tidak dapat menghasilkan energi, dapat dikelompokkan menjadi elemen yang hanya dapat menyerap energi dalam hal ini hanya terdapat pada komponen resistor atau banyak juga yang menyebutkan tahanan atau hambatan dengan simbol R, dan komponen pasif yang dapat menyimpan energi juga diklasifikasikan menjadi dua yaitu komponen atau lemen yang menyerap energi dalam bentuk medan magnet dalam hal ini induktor atau sering juga disebut sebagai lilitan, belitan atau kumparan dengan simbol L, dan kompone pasif yang menyerap energi dalam bentuk medan magnet dalam hal ini adalah kapasitor atau sering juga dikatakan dengan kondensator dengan simbol C. B. Arus Listrik Arus Listrik adalah muatan listrik yang mengalir pada media baik kabel maupun media lainnya. Konsep arus listrik melahirkan istilah kuat arus listrik, di mana kuat arus listrik adalah aliran muatan listrik dalam suatu penghantar tiap satu satuan waktu. Arah arus listrik berlawanan dengan arah aliran elektron, di mana arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah, sedangkan elektron mengalir dari potensial rendah ke potensial tinggi.
64
Gambar 5.1. Arah aliran elektron Sekilas memang terlihat bahwa analogi arus listrik dapat disamakan dengan analogi air yang bergerak dari potensial tinggi ke potensial rendah, akan tetapi analogi aliran air ini kurang tepat. Hal ini disebabkan karena aliran air tidaklah bersiklus, sedangkan aliran listrik bersiklus. Oleh katena itu, analogi yang paling tepat dipakai adalah analogi air yang digerakkan oleh pompa ke tempat asalnya. C. Tegangan Listrik Agar terjadi aliran muatan listrik dalam suatu rangkaian tertutup, maka haruslah ada beda potensial/beda tegangan di kedua ujung rangkaian. Beda potensial listrik adalah energi tiap satu satuan muatan. Jika energi tiap muatan habis akibat penggunaan, maka di kedua ujung rangkaian tidak akan ada beda potensial (beda potensial bernilai nol). Akibatnya komponen-komponen elektronika seperti lampu, trafo, dan lain sebagainya tidak akan dapat berfungsi sebagaimana mestinya. Perhatikanlah gambar dibawah ini;
65
Gambar 5.2. Adanya beda potensial pada ujung ujung sumber tegangan Adanya beda potensial pada ujung ujung sumber tegangan, menyebabkan lampu dalam rangkaian tertutup tersebut dapat menyala. Pada lampu terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kalor dan cahaya. Untuk mengukur langsung beda potensial listrik pada lampu, maka dipasanglah alat ukur tegangan/beda potensial seperti terlihat pada gambar. Pada gambar tersebut, alat ukur tegangan dipasang paralel dengan komponen yang hendak diukur beda potensialnya.
D. Hambatan Listrik dan Hukum Ohm Dalam
suatu
rangkaian
listrik
tentu
terdapat
hambatan.
Hambatan/resistansi merupakan karakteristik umum dari suatu rangkaian. Hambatan dalam suatu konduktor (penghantar) dipengaruhi oleh empat (4) faktor, yaitu : 1.
Jenis bahan penghantar
2.
Suhu penghantar
3.
Penampang penghantar
4.
Panjang penghantar Hubungan antara kuat arus dengan beda potensial dalam suatu rangkaian
tertutup pertama kali diselidiki oleh fisikawan jerman yang bernama George Siemon Ohm dalam suatu konsep yang disebut dengan Hukum Ohm. Hukum Ohm menyatakan bahwa "Pada temperatur tetap, kuat arus dalam suatu rangkaian 66
tertutup akan sebanding dengan beda potensial antar ujung-ujung rangkaian". Jika dituliskan dalam persamaan maka seperti berikut:
=
I
Keterangan : V
: Tegangan (volt)
I
: Kuat Arus (ampere)
R
: Resistansi/hambatan (ohm)
E. Rangkaian Listrik Seri Rangkaian listrik dapat disusun secara berderet atau seri seperti pada gambar 3. Pada rangkaian seri, arus yang mengalir mempunyai nilai yang sama yaitu melewati R 1 dan R 2. I1 = I2 = IR
Gambar 5.3. Rangkaian Listrik Seri
Untuk mencari nilai arus pada rangkaian seri dapat digunakan persamaan =
atau I = V/R. Prinsip dasar rangkaian listrik seri, maka arus yang mengalir
pada beban R1, R2 dan R3 mempunyai nilai yang sama, sedangkan tegangan di sumber sama dengan penjumlahan tegangan di beban R1 ditambah tegangan di beban R2 dan tegangan di beban R3 dan ditulis dalam persamaan.
67
Rangkaian Paralel Cara lain dalam menyusun rangkaian listrik yaitu dengan model paralel seperti terlihat pada gambar di bawah ini. Pada rangkaian paralel, terdapat arus cabang yang nilainya tergantung pada nilai Resistansinya. Jika pada rangkaian seri arus yang melewati besarnya sama, pada rangkaian paralel yang sama adalah tegangannya. Untuk mencari arus yang melewati pada rangkaian paralel dapat digunakan persamaan
Gambar 5.4. Rangkaian Listrik Parelel
Untuk mencari nilai arus pada rangkaian seri dapat digunakan persamaan =
atau I = V/R. Prinsip dasar rangkaian listrik paralel adalah, Tegangan pada rangkaian paralel sama yaitu tegangan sumber sama dengan tegangan pada beban R 1 sama dengan tegangan pada beban R 2 dan sama dengan tegangan beban R 3.
Arus total yang melewati rangkaian paralel merupakan penjumlahan arus yang melalui beban R1 ditambah dengan arus yang mengalir pada beban R2 ditambah dengan arus yang mengalir pada beban R 3.
68
Dengan prinsip ini, maka berlaku persamaan sebagai berikut:
Dengan R T adalah tahanan pengganti
69
BAB VII RANGKAIAN PENGUBAH LISTRIK
Energi listrik yang digunakan oleh manusia mempunyai dua jenis yaitu Listrik AC dan Listrik DC. Pembangkit listrik yang berukuran besar seperti PLTG, PLTU, PLTN, PLTA, PLTP menggunakan generator AC sinkron untuk mengkonversi energi asal menjadi energi listrik. Oleh karena itu energi yang dihasilkan adalah listrik AC. Listrik ini kemudian ditransmisikan dari pusat-pusat pembangkit ke Gardu Induk (GI) yang selanjutnya didistribusikan ke konsumen melalui jaringan listrik tegangan menengah dan tegangan rendah. Dan selanjutnya listrik ini digunakan oleh konsumen yang membutuhkan. Secara umum listrik yang didistribusikan oleh PT PLN di Indonesia menggunakan listrik AC satu fasa untuk konsumen perumahan dan listrik AC tiga fasa untuk konsumen industri. Adapun standar yang digunakan adalah listrik AC dengan tegangan 220 Volt untuk satu fasa dan 380/220 Volt untuk listrik tiga fasa dan frekuensi yang digunakan 50 Hz. Standar tegangan dan frekuensi yang berlaku di Indonesia berbeda dengan beberapa negara baik Amerika, Eropa, Jepang dan China. Beberapa negara menggunakan tegangan AC 110 Volt dan frekuensi ada yang menggunakan 60 Hz. Untuk itu jika melakukan perjalanan ke luar negeri perlu dilihat tentang standar listrik yang digunakan. Selain masalah tegangan dan frekuensi, standar lain yaitu penggunaan konektor peralatan listrik. Ada beberapa perbedaan alat konektor yang digunakan di beberapa negara seperti Indonesia, Arab, China, Jepang, Korea, Eropa dan Amerika. Hal ini membawa konsekuensi peralatan listrik yang digunakan di Indonesia belum tentu dapat digunakan di negara lain, demikian pula sebaliknya. Contoh kasus yang sering terjadi adalah jika seseorang membeli peralatan listrik dari negara luar, terkadang konektor listriknya tidak sama dengan yang ada di Indonesia, sehingga diperlukan konektor universal yang perlu ditambahkan agar cocok dengan sistem yang ada di Indonesia. Contoh nyata dari kasus ini adalah Handphone produk-produk luar negeri sering kali untuk charger mempunyai konektor yang tidak cocok untuk stop
70
kontak di Indonesia sehingga dibutuhkan konektor konverter agar bisa digunakan. Demikian untuk produk Laptop, TV, peralatan-peralatan memasak dan lainnya.
A. Rangkaian Pengubah Listrik AC Ke DC Listrik yang disediakan oleh PT PLN sebagai perusahaan yang mempunyai otoritas pengelolaan energi listrik di Indonesia yaitu listrik AC tegangan 220 Volt untuk satu fasa dan 380/220 Volt untuk listrik tiga fasa. Beberapa peralatan listrik yang digunakan oleh manusia ada yang membutuhkan listrik AC seperti
Kipas Angin
Pompa Air
Seterika
Lampu TL
Mesin Cuci
Mixer
Blender
Dll
Selain itu banyak juga peralatan yang membutuhkan catu daya listrik DC seperti
Handphone
Laptop
Kamera Digital
Handy Cam
Lampu LED
Remote Control
Printer
Handy Talky
71
Dll
Untuk memenuhi kebutuhan listrik DC dapat digunakan sumber listrik dari Batu Baterai atau juga dapat digunakan listrik AC yang diubah menjadi listrik DC. Untuk mengubah listrik AC menjadi listrik DC dibutuhkan rangkaian Pengubah Listrik AC ke DC atau disebut dengan nama Penyearah atau Adaptor atau Rectifier.
Gambar 7.1. Blok diagram rangkaian pengubah listrik AC menjadi DC
Secara umum rangkaian penyearah didefinisikan sebagai rangkaian elektronika yang berfungsi untuk mengubah sumber tegangan listrik AC menjadi tegangan listrik DC seperti diilustrasikan pada gambar 6.1. Biasanya tegangan keluaran DC yang dihasilkan oleh rangkaian penyearah masih mempunyai riak atau ripple (komponen AC) sehingga perlu difilter dan diregulasi agar bentuk gelombang DC lebih halus dan konstan pada nilai tertentu. Rangkaian pengubah listrik AC menjadi DC pada umunya terdiri dari 2 buah rangkaian yaitu rangkaian penyearah setengah gelombang dan rangkaian penyearah gelombang penuh. 1. Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang Rangkaian penyearah setengah gelombang merupakan rangkaian penyearah daya yang paling sederhana dimana hanya terdiri dari satu dioda. Rangkaian penyearah setengah gelombang biasanya digunakan untuk bebanbeban DC yang tidak membutuhkan kesetabilan tinggi, seperti untuk catu daya lampu indikator pada rangkaian elektronika. Kelemahan rangkaian ini adalah bentuk gelombang DC yang dihasilkan kurang halus sehingga untuk menghaluskan diperlukan filter kapasitor dengan kapasitas yang besar.
72
Adapaun kelebihan dari rangkaian ini hanya membutuhkan satu dioda, sehinga lebih hemat.
Gambar 7.2. Rangkaian Penyearah setengah gelombang
Prinsip kerja rangkaian penyearah setengah gelombang dapat dijelaskan sebagai berikut: komponen utama pada rangkaian ini adalah dioda yang berfungsi sebagai saklar (switching) dan pengubah (converting). Sebagai saklar, dioda akan ON pada saat tegangan input AC pada siklus positif, maka dioda dipanjar maju sehingga ON. Pada setengah siklus berikutnya akan berubah menjadi kebalikannya dan dioda dipanjar mundur sehingga OFF. Demikian siklus ini terjadi secara berulang-ulang. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada gambar bentuk gelombang input dan output pada rangkaian penyearah. Pada aplikasinya, rangkaian penyerh satu fasa setengah gelombang dapat diberi beban resistif seperti lampu dan pemanas. Selain beban resistif, penyearah setengah gelombang juga dapat diberi beban resistif induktif seperti motor listrik DC, lilitan, kumparan, solenoida dan beban-beban lain yang bersifat induktif.
73
Gambar 7.3. Bentuk gelombang penyearah setengah gelombang
Gambar di atas menunjukkan tegangan output rangkaian penyearah setengah gelombang mempunyai bentuk yang masih kasar dengan riple yang besar. Untuk membuat tengan output menjadi DC yang stabil diperlukan kapsitor yang dipasang paralel dengan beban dan juga regulator tegangan. Besarnya tegangan output yang dihasilkan oleh rangkaian penyearah daya setengah 1 fasa gelombang dengan beban R adalah:
Sedangkan arus yang mengalir ke beban dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:
Secara sederhana dapat dikatakan bahwa tegangan DC keluaran dari rangkaian penyearah setengah gelombang akan menghasilkan sekitar 1/3 dari tegangan masukan AC.
74
2. Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh Rangkaian penyearah gelombang penuh banyak dipakai untuk catu daya peralatan listrik di rumah tangga maupun di industri. Banyak peralatan listrik di rumah seperti TV, Laptop, Handphone, DVD Player, Radio Tape, Compo, dan peralatan komunikasi lain menggunakan rangkaian penyearah 1 fasa gelombang penuh sebagai catu daya listriknya. Kelebihan rangkaian penyearah gelombang penuh jika dibanding dengan rangkaian penyearah setengah gelombang adalah bentuk tegangan dan arus keluaran relatif lebih baik dengan ripple yang lebih kecil. Selain itu tegangan output yang dihasilkan juga lebih besar jika dibanding dengan rangkaian penyearah setengah gelombang. Pada aplikasinya, rangkaian penyearah gelombang penuh bisa dibebani dengan peralatan listrik seperti lampu, lampu LED dan pemanas, motor DC dan lain sebagainya.
Gambar 7.4. Rangkaian penyerah daya gelombang penuh
Untuk beban resistif, bentuk tegangan output dari rangkaian dapat dilihat pada gambar 3.5. Jika pada penyerah setangah gelombang hanya setengah siklus saja yang disearahkan, pada penyearah gelombang penuh kedua siklus disearahkan sehingga bentuk gelombang lebih baik dan niai tegangan ebih besar.
75
Gambar 7.6. Gelombang input dan output penyerah daya 1 fasa
Tegangan output rangkaian penyearah daya satu fasa gelombang penuh dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut: Tegangan rerata (V DC)
Sedangkan tegangan RMS (V L) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut
76
B. Rangkaian Pengubah Listrik DC Ke AC Jika sumber yang tersedia adalah listrik DC sedangkan peralatan listrik membutuhkan listrik AC, maka perlu sebuah alat untuk mengubah listrik DC menjadi listrik AC yang disebut Inverter. Peralatan ini banyak dipakai baik di rumah tangga maupun industri untuk konversi energi istrik dari DC ke AC. Perkembangan teknologi yang semakin pesat menjadikan inverter menjadi sebuah kebutuhan di era modern seperti sekarang. Kebutuhan manusia yang besar terhadap energi listrik, menjadikan peralatan konversi energi listrik kebutuhan yang tidak bisa ditinggalkan. Pada saat berada dalam kondisi dimana tidak ada sumber listrik AC seperti di daerah pedesaan, daerah terpencil, saat mendaki gunung, di dalam kendaraan atau saat listrik utama padam maka kebutuhan listrik harus disuplai dari listrik DC. Sumber listrik DC bisa didapat dari baterai, aki atau dari pembangkit listrik tenaga matahari, tenaga angin atau lainya. Untuk mengoperasikan peralatan listrik AC seperti pemanas, kompor listrik, pendingin udara, kulkas, lampu penerangan dan lainnya dibutuhkan rangkaian pengubah listrik DC menajadi AC dalam sebuah alat yang disebut dengan inverter. UPS (Uninterruptible Power Supply) merupakan salah satu contoh peralatan yang di dalamnya terdapat rangkaian inverter. UPS sering digunakan untuk backup catu daya listrik pada komputer atau peralatan-peralatan kritikal di rumah, hotel, rumah sakit dan industri. Di pasaran produk inverter tersedia banyak jenis dan ragamnya, mulai dari satu fasa sampai tiga fasa. Inverter tersedia dalam kapasitas daya yang berbeda mulai dari 100 W, 200 W, 300 W hingga yang rubuan KW atau bahkan dalam MW. Demikian juga dengan kualitas gelombang keluaran ada yang gelombang kotak, gelombang sinus yang diperbaiki dan ada pula inverter yang mengeluarkan bentuk gelombang sinus murni.
77
Gambar 7.7. Contoh produk inverter
1. Rangkaian Inverter Rangkaian inverter satu fasa dapat dibentuk dari saklar elektronik dengan konfigurasi jembatan seperti terlihat pada gambar
Gambar 7.8. Rangkaian inverter satu fasa
Rangkaian inverter yang terdiri dari 4 saklar elektronik di atas dapat disederhanakan dengan rangkaian ekivalen seperti ditunjukkan pada gambar 7.8. Dengan sumber listrik DC, melalui rangkaian inverter akan didapat output listrik AC dengan cara mengatur ke empat saklar elektronik secara bergantian dengan aturan tertentu.
78
Gambar 7.9. Rangkaian ekivalen inverter 1 fasa
Dengan mengatur Saklar S1 dan S2 ON, dan S3 dan S4 OFF, maka arus listrik akan mengalir dari sumber positif menuju Saklar S1 selanjutnya menuju beban dan sterusnya melewati saklar S2 dan kembai ke sumber daya negatif baterai. Pada kondisi ini arus mengalir dari positif ke negatif beban. Arah arus dan bentuk gelombang pada kondisi ini dapat dilihat pada gambar 7.9.
Gambar 7.10. Arah aliran arus dan bentuk gelombang output
Tahap selanjutnya dengan mengatur Saklar S3 dan S4 ON, dan S1 dan S2 OFF, maka arus listrik akan mengalir dari sumber positif menuju Saklar S3 selanjutnya menuju beban dan sterusnya melewati saklar S4 dan kembai ke sumber daya negatif baterai. Arah arus dan bentuk gelombang pada kondisi ini
79
dapat dilihat pada gambar 7.11. Pada kondisi ini arus mengalir dari negatif ke positif beban yang dapat dijelaskan pada gambar 7.11.
Gambar 7.11. Arah aliran arus dan bentuk gelombang output
Dengan pengaturan saklar-saklar elektronik untuk ON dan OFF secara bergantian dengan frekuensi tertentu, maka akan didapat tegangan output listrik AC seperti pada gambar 7.12.
Gambar 7.12. Gelombang output rangkaian inverter 1 fasa
Tegangan output yang dihasilkan dari rangkaian inverter jenis ini masih berupa gelombang kotak. Bentuk gelombang kotak kurang baik jika digunakan untuk menyuplai beban listrik karena akan menimbulkan panas dan ketidaknormalan kinerja peralatan listrik dan elektronika. Motor listrik akan berjalan kurang halus apabila diberikan ctu daya listrik AC dengan bentuk gelombang kotak.
80
2. Rangkaian Penghalus Gelombang Kotak Rangkaian inverter seperti yang dijelaskan sebelumnya akan menghasikan listrik AC dengan bentuk gelombang kotak. Bentuk gelombang kotak pada listrik AC tidak baik bagi peralatan listrik karena secara desain, peralatan listrik membutuhkan bentuk gelombang sinus. Pengaruh listrik AC gelombang kotak akan menyebabkan panas berlebih pada berbagai peralatan yang dampaknya menurunkan kinerja dan umur peralatan dan sistem. Untuk itu rangkaian inverter perlu ditambah dengan rangkaian penghalus gelombang kotak menjadi gelombang sinus. Untuk menghasilkan Listrik AC dari Output rangkaian inverter dengan gelombang sinus diperlukan rangkaian PWM (Pulse Width Modulator). Rangkaian ini yang akan mencacah listrik DC menjadi listrik AC dengan bentuk gelombang mendekati sinus.
Gambar 7.13. Rangkaian Pulse Width Modulation
Gambar 7.14. Gambar Gelombang Hasil Pulse Width Modulation
81
Kenapa harus gelombang sinus? Listrik AC dengan gelombang non sinus sebenarnya bisa digunakan untuk sumber peralatan listrik seperti lampu, pemanas dan peralatan lainnya. Tetapi untuk motor listrik, gelombang AC non sinus akan mempengaruhi kualitas dayanya dan berefek pada panas yang ditimbulkan sehingga menyebabkan peralatan cepat panas dan rusak. Dengan menggunakan inverter, maka akan banyak diperoleh keuntungan secara teknis bila dibandingkan dengan cara lain. Beberapa keuntungan tersebut antara lain:
Jangkauan pengaturan kecepatan lebih lebar
Terdapat beberapa pola hubungan tegangan dan frekuensi
Mempunyai fasilitas penunjukan meter
Mempunyai lereng akselerasi dan deselerasi yang dapat diatur secara independen
Dimensi yang lebih kompak, serta
Keamanan sistem lebih terjamin. Di pasaran terdapat banyak produk AC Drive dengan nama produk yang
berbeda-beda untuk setiap merek. Ada pabrikan yang menyebut dengan istilah Inverter, ada yang menggunakan istilah Variabel Speed Drive (VSD) dan ada pula yang menggunakan istilah Variabel Frequency Drive (VFD) yang semuanya sebenarnya menuruk pada fungsi yang sama.
82
BAB VIII TEKNIK INSTALASI LISTRIK (DRAFT) Gambar instalasi listrik secara umum dibagi dua bagian yaitu : menurut tujuan dan Cara menggambar. Pembagian gambar menurut tujuan meliputi : ?
Diagram yang sifatnya menjelaskan : diagram dasar, diagram lingkaran arus, dan diagram instalasi
Diagram Pelaksanaan, yaitu : diagram pengawatan dan dan diagram saluran
Gambar Instalasi
Gambar situasi
Sedangkan pembagian menurut cara mengambar dibedakan berdasarkan kepada : cara
menggambar dengan garis tungg
al dan cara mengambar dengan garis ganda
A. Diagram Dasar Diagram dasar dimaksudkan untuk menjelaskan cara kerja suatu instalasi secara elementar gambar 1.3a memperlihatkan diagram dasar suatu perlengkapan hubung bagi (PHB) yang digambar dengan cara disederhanakan, gambar 1.3b memperlihatkan diagram yang sama diagram secara terperinci.
B.
83
BAB IX INTSLASI LISTRIK STUDIO (DRAFT)
Peralatan multimedia merupakan komponen penting dalam teknik broadcasting. Peralatan tersebut antara lain : A. Gambar Denah B. Gambar Diagram Garis Tunggal C. Gambar Diagram Pengawatan (Wiring Diagram) Daftar Alat Studio Alat
Foto
Audio Mixer
Power Amplifier
84
Monitor Preview
Broadcasting Video Camera
Speaker
Video Selector
85
Lampu Blonde
Read Head
Lampu TL
AC
86
Kabel
1. Kebutuhan Studio No
Alat
Jumlah
Daya
Total
1
Speaker Aktif
3
800 watt
2400 watt
2
AC 1 PK
5
550 watt
2750 watt
3
Mixer
1
700 watt
700 watt
4
Power Amplifier
1
5000 watt
5000 watt
5
Monitor Preview
1
24 watt
24 watt
6
Video Selector
1
180 watt
180 watt
7
Kamera
2
28 watt
56 watt
8
Lampu TL
9
100 watt
900 watt
9
Lampu Blonde
2
2000 watt
4000 watt
10
Read Head
4
800 watt
3200 watt
Total
31
21710 watt
2. PHB (Panel Hubung Bagi) dan Sistem Proteksi Panel hubung bagi adalah peralatan yang berfungsi menerima energi listrik dari PLN dan selanjutnya mendistribusikan dan sekaligus mengontrol penyaluran energi listrik tersebut melalui sirkit panel utama dan cabang ke PHB cabang atau langsung melalui sirkuit akhir
87
ke beban yang berupa beberapa titik lampu dan melalui kotak-kontak ke peralatan pemanfaatan listrik yang berada di dalam bangunan. Sesuai
dengan
kegunaan
dari
panel
listrik,
maka
dalam
perancangannya harus sesuai dengan syarat dan ketentuan serta standar panel listrik yang ada. Untuk
penempatan panel listrik
hendaknya
bangunan
disesuaikan
dengan
situasi
dan
terletak
ditempat yang mudah dijangkau dalam memudahkan pelayanan. Panel
harus
mendapatkan
ruang
yang
cukup
luas
sehingga
pemeliharaan, perbaikan, pelayanan dan lalu lintas dapat dilakukan dengan mudah dan aman. Ilustrasi PHB dapat dilihat pada gambar di bawah ini:
Dalam instalasi studio sistem proteksi utama terdapat dalam KWH meter, proteksi lainnya berupa MCB yang terletak di dalam PHB. Total daya yang dibutuhkan studio sebesar 21710 watt jadi sistem proteksi
88
lanjutannya menggunakan 4 buah MCB yang masing-masingnya memiliki kapasitas 32A. Gambar MCB dapat dilihat di bawah:
Sesuai dengan standar yang telah ditetapkan PUIL, tiap 1 sistem proteksi dibatasi hanya melayani sejumlah 9 titik api. Jadi penggunaa n 4 buah sistem proteksi sebagai penunjang keamanan studio merupakan hal yang tepat. Pembagiannya dijelaskan sebagai berikut: Speaker
3
2400 watt
Lampu TL
2
200 watt
Mixer
1
700 watt
Arri Kit
2
2500 watt
AC
5
2750 watt
Lampu TL
1
100 watt
MCB 1
5800 watt
MCB 2
4630 watt Video Selector
1
180 watt
Read Head
2
1600 watt
Power Amplifier
1
5000 watt
MCB 3
5956 watt Lampu TL
1
89
100 watt
Read Head
1
800 watt
Kamera
2
56 watt
Lampu Blonde
2
4000 watt
Monitor Preview
1
24 watt
Read Head
1
800 watt
Lampu TL
5
500 watt
MCB 4
5324 watt
3. Gambar Denah Studio
90
4. Gambar Instalasi Listrik Diagram Garis Tunggal (One Line Diagram):
91
92
Denah peletakan alat/beban:
Instalasi listrik dalam ruangan:
93
94
5. Simbol Daftar simbol dan gambar instalasi listrik: Nama Komponen
Simbol
Saklar Seri
Saklar Ganda
Lampu TL
Stop Kontak
MCB
Kabel Fasa
Kabel Netral
Kabel Ground
6. Perhitungan Daya dan Arus Perhitungan Daya Dengan rumus: Daya = Volt x Ampere Daya = 220 V x 32 A Daya = 7480 watt tiap panel
Perhitungan Arus
95
Peralatan listrik yang diperlukan No
Alat
Jumlah
Daya
Total
1
Speaker
3
800 watt
2400 watt
2
AC
5
550 watt
2750 watt
3
Mixer
1
700 watt
700 watt
4
Power Amplifier
1
5000 watt
5000 watt
5
Monitor Preview
1
24 watt
24 watt
6
Video Selector
1
180 watt
180 watt
7
Kamera
2
28 watt
56 watt
8
Lampu TL
9
100 watt
900 watt
9
Arri Kit
2
1250 watt
2500 watt
10
Lampu Blonde
2
2000 watt
4000 watt
11
Read Head
4
800 watt
3200 watt
Total
21710 watt
Dengan rumus Ampere = Daya/Volt Ampere = 21710 watt / 220 v Ampere = 98,68 A
96
BAB X KESEHATAN DAN KESELAMATAN KERJA TEKNIK LISTRIK
Kesehatan dan Keselamatan Kerja (K3), adalah suatu aspek yang harus pertama kali menjadi perhatian setiap melakukan kegiatan apapun, termasuk ketika berkerja dengan listrik. A. Tujuan dari K3 Kelistrikan Tujuan dari K3 Kelistrikan adalah: 1.
Menjamin kehandalan instalasi listrik sesuai tujuan penggunaanya
2.
Mencegah timbulnya akibat listrik :
3.
-
Bahaya sentuhan langsung
-
Bahaya sentuhan tidak langsung
-
Bahaya kebakaran
Keselamatan Kerja Pada Kelistrikan
B. Langkah- Langkah Konkrit Mencegah Terjadinya Kecelakaan Kerja Langkah- langkah konkrit mencegah terjadinya kecelakaan kerja pada saat bekerja dengan aliran listrik, berikut merupakan langkah-langkahnya : 1. Memasang / melengkapi alat penangkal petir pada lokasi – lokasi kerja tertentu (terbuka dan atau tinggi). 2. Memberikan pelatihan kepada para pekerja antara lain meliputi: Menjelaskan potensi bahaya yang mungkin terjadi 3. Menggunakan alat pelindung diri yang sesuai, antara lain : sepatu bot dari bahan karet atau berisolasi dan tidak diperkenankan dengan kaki telanjang. 4. Memastikan tangan dan kaki tidak dalam kondisi basah pada waktu bekerja yang berhubungan dengan instalasi listrik. 5. Memasang / memberi tanda bahaya pada setiap peralatan instalasi listrik yang mengandung risiko atau bahaya (voltage tinggi). 6. Memastikan system pentanahan (grounding) untuk panel atau instalasi listrik yang dipergunakan untuk bekerja sudah terpasang dengan baik.
97
7. Melakukan pemeriksaan secara rutin terhadap panel atau instalasi listrik lainnya, bila petugas pemeriksa menemukan pintu panel dalam keadaan terbuka atau tidak terkunci maka petugas tersebut harus memeriksa keadaan panel tersebut dan segera mengunci. 8. Memeriksa kondisi kabel listrik, bila menemukan kabel listrik dalam kondisi terkelupas atau sambungan tidak dibalut dengan isolasi harus segera diperbaiki dengan membungkus kabel listrik tersebut dengan bahan isolator. 9. Menempatkan dan mengatur sedemikian rupa terhadap jaringan atau instalasi listrik untuk menghindari terjadinya kecelakaan kerja akibat listrik. 10. Menyesuaikan ukuran dan kualitas kabel listrik yang dipergunakan disesuaikan dengan kebutuhan. 11. Memastikan bahwa alat-alat yang menggunakan aliran listrik harus sudah dicabut dari stop kontak sebelum meninggalkan pekerjaan.
98
REFERENSI
1.
Siswoyo, teknik listrik industri Jilid 1, 2008, Departemen pendidikan Nasional Jakarta
2.
Dra Tuti Suartini, M.Pd. Bahan ajar PLPG Teknik Broadcasting. 2013. UPI
3.
Malvino, Albert Paul. 1994. Prinsip-prinsip Elektronika. Edisi Kedua. Jakarta: Erlangga
4.
Roger C.Dugan, Mark F.McGranaghan, H.Wayne Beaty 1996, Electrical Power System Quality. New York
5.
http://www.elektronika123.com/ac-dan-dc/
6.
http://listrikdirumah.com/cara-menghitung-biaya-listrik-perangkat-elektronik/
7.
http://www.mediabali.net/listrik_dinamis/konsep_dasar_listrik.html
8.
http://www.kuabadikan.com/2015/09/makalah-sifat-sifat-bahan-bahanlistrik.html
9.
http://mariberpikirbeda.blogspot.co.id/2013/11/konsep-segitiga-daya-jenisbeban-dan_30.html
99
