-
ENERGI LISTRIK di TAHANAN (R)Energi listrik dihitung berdasarkan
daya efektif P dan waktu t . W = P.t atau W = v.I.tUntuk arus
bolak-balik yang mempunyai besaran sesaat adalah Pt=v.iDaya
maksimum Pt maks = vm.im.
Gambar 1Rangkaian RBentuk gelombang
-
Daya maksimum berosilasi garis sejajar dengan frekuensi 2 kali
lipat frekuensi V. Karena daya setiap saat berubah, diambil nilai
rata-rata P. Nilai P rata-rata selama satu periode Tp osilasi daya
atau T osilasi tagangan, untuk itu Gambar 2Gelombang daya
-
Nillai efektif dari tegangan bolak-balik VNilai efektif dari
arus bolak-balik I
-
Contoh:Sebuah pesawat pemanas air mengambil daya sebesar 3 kW
pada tegangan 220V, 50Hz. Penampang kawat penghubung harus
dirancang sedemikian rupa, agar arus S dibatasi pada nilai maksimum
6A/mm2. Carilah penampang kawat?Penyelesaian:Pemanas air mengambil
daya efektif P=V.I, berarti besar arus I = P/V
Penampang kawat A, dan kerapatan arus S, makaS=I/A
--------------- A = I/S
-
Dalam rangkaian arus bolak-balik nilai sesaat dari daya
berubah-ubah secara kontinu, maka energi dalam rangkaian arus
bolak-balik diberikan oleh jumlah dari beberapa satuan kerja yang
dinamakan paket energi. Jika alat listrik adalah lampu pijar, dapat
diamati pada frekuensi rendah (di bawah 10 Hz.) dari terang
gelapnya kawat lampu pijar secara berkala.Luas bidang paket energi
adalah sama dengan luas persegi panjang di atas periode Tp dari
osilasi daya dengan ukuran tinggi setara dengan rata-rata daya P.
Gambar 3.
-
Jadi energi W yang diserap oleh alat listrik dalam waktu t
tertentu, adalah jumlah dari paket-paket energi yang terjadi pada
saat t tersebut, dan ditunjukkan oleh luas persegi panjang waktu t
sebagai dasarnya dan daya p sebagai tingginya
Gambar 3Gelombang paket energi
-
Contoh:Seorang wanita pemilik rumah sewa ingin menghitung biaya
energi salah seorang penghuni rumahnya. Ia sendiri membayar
Rp.126.50/kWh ditambah biaya tetap sebesar Rp.2000,- setiap bulan
setiap kamar. Penyewa kamar menggunakan alat-alat listrik sebagai
berikut:
Sebuah lampu meja tulis 100 W 3 jam sehariSebuah kompor listrik
2000 W jam sehariSebuah peswat radio 75 W 4 jam sehari
Berapa jumlah uang sebulan dapat diminta oleh wanita pemilik
rumah sewa, bila sebulan dihitung 30 hari?
-
Penyelesaian:Energi listrik yang dipakai dalam setiap alat
listrik oleh hasil kali daya dan waktuLampuW=P.t =100Wx3 jamx30
=9000 W-jamKomporW=P.t=2000Wx0,5 jamx30=30000 W-jamRadioW=P.t=75Wx4
jamx30 =9000 W-jam Jumlah listrik setiap bulan = 48000 W-jam = 48
kWhBiaya operasi = 48 kWh x 126,50/kWh = Rp. 6.072,-Biaya tetap =
Rp. 2.000,- Biaya total = Rp. 8.027,-
-
ENERGI LISTRIK di KAPASITOR (C)Sebagai pengganti tahanan R(Ohm)
yaitu tahanan efektif, rangkaian bolak-balik dapat mengandung
reaktansiReaktansi dapat berbentuk kapasitif dari kapasitor, dan
dapat berbentuk induktif dari kumparan.Untuk kapasitif murni, arus
listrik akan mendahului tegangan 900.Untuk induktif murni, arus
listrik akan tertinggal 900 terhadap tegangan.
-
Arus listrik i mendahului tegangan v sebesar 900, berarti t =T/4
pada skala waktu. Daya sebesar Pt=v.i diberikan setiap saat hasil
kali nilai-nilai sesaat v dan i. Hasilnya akan nol jika salah satu
kedua faktor v atau i adalah nol.Gambar 4Rangkaian CGelombang daya
di C
-
Oleh karena itu dapat dilihat pada Gambar 4 bahwa daya akan nol
saat 1/4T; 1/2T; 3/4T dan seterusnya. Antara titik nol ini daya
terjadi bolak-balik antara nilai puncak positif dan negatif.
Masing-masing nilai puncak mempunyai nilai hitung yang sama.Karena
itu daya yang diserap oleh kapasitor dalam rangkaian arus
bolak-balik, berubah-ubah secara sinusosidal dengan frekuensi dua
kali tegangan bolak-balik. Osilasi sinusoidal ini berlangsung
simitris terhadap sumbu waktu.
-
Dalam Gambar 5, saat t = 0 sampai t = 1/4T, arus i dan tagangan
v adalah positif, karena itu P = v.i adalah positif. Sumber
memberikan pada kapasitor.Pada saat t = 1/4T arus I berbalik arah,
walaupun tegangan v masih dalam arah yang sama. Daya P = v.(-i)
menjadi negatif, aliran daya berbalik arah, kapasitor memberikan
daya pada sumber.Gambar 5Gelombang daya di C
-
Pembalikan arah aliran daya ini berlangsung setiap periode
(misal 5 ms pada 50 Hz). Dalam rangkaian arus bolak-balik dengan
kapasitor murni, daya aktif P yang merupakan nilai rata-rata dari
nilai sesaat Pt adalah NOL. Kapasitor tidak mengambil daya
efektif.Pernyataan ini berlaku secara teoritis dalam rangkaian arus
bolak-balik yang bebas rugi-rugi. Dalam kenyataan, rangkaian
listrik akan selalu mengandung nialai tahanan Ohm, walaupun hanya
kecil.
-
ENERGI LISTRIK di INDUKTOR (L)Kumparan selaku induksi murni,
tegangan v akan mendahului i sebesar 900. Arus akan tertinggal 1/4T
terhadap tegangan. Gambar 6. Gambar 6Rangkaian LGelombang daya di
L
-
Reaktansi induktif murni dalam rangkaian arus bolak-balik,
aliran daya P juga berubah setiap 1/4T. Daya rata-rata yang
merupakan nilai rata-rata dari nilai sesaat Pt adalah NOL. Sekali
lagi penjelasan ini hanya berlaku untuk rangkaian arus bolak-balik
yang bebas rugi-rugi, secara teoritis. Pada kenyataannya kumparan
induktor mempunyai nilai tahanan Ohm.Hasil kali nilai efektif V dan
dan arus reaktif Ir (yang berbeda 900) dinyatakan dengan huruf Q
dengan satua varQ= V.I varDaya reaktif merupakan besaran yang
penting, besaran ini harus diperhitungkan dalam merancang generator
atau transformator.
-
Energi listrik di LC paralelBila rangkaian listrik bolak-balik
mempunyai komponen induktif dan kapasitif, kedua daya reaktif
berbeda fasa 1800. Gambar 7.Jumlah daya-daya reaktif diperoleh mana
yang lebih besar, dalam gambar 7, reaktif induktif yang lebih
besar. Rangkaian L//CGambar 7Gelombang L & Cberlawanan
-
Gambar 8, kapasitor rangkaian bolak-balik diberi muatan +v
maksimum atau v maksimum dalam periode pertama, aksiran miring,
kemudian melepaskan muatannya sampai dengan nol dalam periode
kedua, akasiran tegak lurus. Selagi tegangan meningkat, kapasitor
menyimpan energi listri Wc dalam medan listriknya.
Gambar 8Gambar 9
-
Gambar 9, induktansi kumparanmagnet selama periode pertama
menyimpan energi dalam medan magnetnya, bila arus listrik dari nol
meningkat menjadi maksimum i , aksiran tegak miring, dan kemudian
mengembalikan energi yang disimpan tersebut ke sumber listrik
periode berikutnya selagi arus menurun sampai nol, aksiran tegak
lurus. Karena itu dalam rangkaian arus bolak-balik dengan reaktansi
terdapat pertukaran energi secara berkala antara sumber listrik
dengan setiap alat pemakai. Energi yang disimpan dalam medan
magnet:
-
Dalam teori, selama pertukaran bolak-balik antara sumber dan
elemen reaktif, tidak terjadi pengubahan energi listrik menjadi
bentuk energi lain, sehingga tidak terdapat energi yang
hilang.Dalam praktik, kawat-kawat selalu mempunyai tahanan Ohm.
Sebagai daya efektif yang hilang I2.R .Bila dalam sistem pengadaan
listrik konsumen membutuhkan daya reaktif besar, konsumen akan
dikenakan biaya untuk pertukaran energi yang kontinu sebagai energi
reaktif yang bukan besaran fisika tetapi hanya formulasi
matematika, hasil kali daya reaktif dengan waktu dengn satuan
VAR:
-
Energi dalam rangkaian L//RArus listrik induktif-Ohm menyebabkan
arus I tertinggal terhadap tegangan V sebesar sudut fasa .Daya
efektif P merupakan nilai rata-rata sepanjang periode periode penuh
Tp dari kurva daya.Ranglain L//R&vektorGelombang energi PGambar
10
-
Arus reaktif Ir pada tegangan V memberikan daya reaktif Q = V.Ir
= V.I sin.Gambar 11, menunjukkan pengukuran tegangan V dan arus I,
jika dikalikan menghasilkan daya semu S = V.I. Daya nyata dalam
Watt, P = V.I cos Gambar 11
-
Gambar 12(a)(b)(c )
-
Dari gambar 13, diperoleh Gambar 13
-
Dalam gambar 14, diperoleh :Gambar 14
-
Pihak perusahaan listrikmenentukan batas minimum faktor daya
antara 0p,85 dan 0,95 dalam menyalurkan listrik ke konsumen
industri. Jika pemakaian listrik oleh konsumen dibawah batas
tersebut, konsumen harus membayar biaya energi reaktif.
-
SEKIAN
