Teori Dasar Listrik

* Pengertian Tegangan Listrik

Tegangan listrik adalah suatu perbedaan potensial yaitu perbedaan jumlah elektron yang berada dalam suatu materi. Di satu sisi materi terdapat elektron yang bertumpuk sedangkan di sisi yang lain terdapat jumlah elektron yang sedikit. Hal ini terjadi karena adanya gaya magnet yang mempengaruhi materi tersebut. Dengan kata lain, materi tersebut menjadi bertegangan listrik. Besarnya efek dari aliran listrik tersebut tergantung dari besarnya perbedaan elektron yang terkumpul di suatu materi (beda potensial).

* Pengertian Arus Listrik

Arus listrik adalah banyaknya elektron (muatan listrik) yang mengalir melalui suatu titik dalam rangkaian listrik tiap satuan waktu. Arus listrik dapat diukur dalam satuan Coulomb/detik atau Ampere, diambil dari nama seorang ahli fisika Perancis Andre Marie Ampere (1775-1836). Arus listrik mengalir dari kutub positif menuju kutub negative, hal itu disebabkan karena kutub positif memiliki potensial lebih tinggi dibanding kutub negative.

Arus listrik dibedakan menjadi 2 macam yakni:

-          Arus Searah yaitu arus listrik yang dihasilkan oleh elemen Galvanis, Akkumulator, Generator searah, Batere, dll. Simbol arus searah ( = ). Arus listrik searah biasanya disebut arus DC [Direct Current] atau arus lemah. Biasanya digunakan untuk rangkaia

-          Arus Bolak-Balik yaitu arus listrik yang diperoleh dari generator bolak-balik atau transformator. Arus ini dapat dibangkitkan dalam jumlah yang besar. Simbol arus bolak-balik ( ~ ). Arus bolak-balik juga disebut arus AC [Alternating Current] atau arus kuat. Biasanya digunakan dalam instalasi bangunan, industri, dll

* Sifat Beban Listrik

Dalam suatu rangkaian listrik selalu dijumpai suatu sumber dan beban. Bila sumber listrik DC, maka sifat beban hanya bersifat resistif murni, karena frekuensi sumber DC adalah nol.

Reaktansi induktif (XL) akan menjadi nol yang berarti bahwa induktor tersebut akan short circuit. Reaktansi kapasitif (XC) akan menjadi tak berhingga yang berarti bahwa kapasitif tersebutakan open circuit. Jadi sumber DC akan mengakibatkan beban beban induktif dan beban kapasitif tidak akan berpengaruh pada rangkaian. Bila sumber listrik AC maka beban dibedakan menjadi 3 sebagai berikut :

-          Beban Resistif

Beban resistif yang merupakan suatu resistor murni, contoh : lampu pijar, pemanas. Beban ini hanya menyerap daya aktif dan tidak menyerap daya reaktif sama sekali. Tegangan dan arus se-fasa.

Secara matematis dinyatakan :

UMUS :       R = V / I

Gambar 1. Arus dan tegangan pada beban resistif

-          Beban Induktif

Beban induktif adalah beban yang mengandung kumparan kawat yang dililitkan pada sebuah inti biasanya inti besi, contoh : motor – motor listrik, induktor dan transformator. Beban ini mempunyai faktor daya antara 0 – 1 “lagging”. Beban ini menyerap daya aktif (kW) dan daya reaktif (kVAR). Tegangan mendahului arus sebesar φ°. Secara matematis dinyatakan :

RUMUS :       XL = 2πf.L

 

  Gambar 2. Arus, tegangan dan GGL induksi-diri pada beban induktif

-          Beban Kapasitif

Beban kapasitif adalah beban yang mengandung suatu rangakaian kapasitor. Beban ini mempunyai faktor daya antara 0 – 1 “leading”. Beban ini menyerap daya aktif (kW) dan mengeluarkan daya reaktif (kVAR). Arus mendahului tegangan sebesar φ°.

Secara matematis dinyatakan :

Rumus:      XC = 1 / 2πfC

 

Gambar 3. Arus, tegangan dan GGL induksi-diri pada beban kapasitif

* Pengertian Daya

Daya adalah energi yang dikeluarkan untuk melakukan usaha. Dalam sistem tenaga listrik, daya merupakan jumlah energi yang digunakan untuk melakukan kerja atau usaha. Daya listrik biasanya dinyatakan dalam satuan Watt atau Horsepower (HP), Horsepower merupakan satuan daya listrik dimana 1 HP setara 746 Watt atau lbft/second.

Sedangkan Watt merupakan unit daya listrik dimana 1 Watt memiliki daya setara dengan daya yang dihasilkan oleh perkalian arus 1 Ampere dan tegangan 1 Volt. Daya dinyatakan dalam P, Tegangan dinyatakan dalam V dan Arus dinyatakan dalam I, sehingga besarnya daya dinyatakan :

P = V x I

P = Volt x Ampere x Cos φ

P = Watt

 

Gambar 4. Arah aliran arus listrik

-          Daya Aktif

Daya aktif (Active Power) adalah daya yang terpakai untuk melakukan energi sebenarnya. Satuan daya aktif adalah Watt. Misalnya energi panas, cahaya, mekanik dan lain – lain.

P = V. I . Cos φ

            Daya ini digunakan secara umum oleh konsumen dan dikonversikan dalam bentuk kerja.

-          Daya Reaktif

Daya reaktif adalah jumlah daya yang diperlukan untuk pembentukan medan magnet. Dari pembentukan medan magnet maka akan terbentuk fluks medan magnet. Contoh daya yang menimbulkan daya reaktif adalah transformator, motor, lampu pijar dan lain – lain. Satuan daya reaktif adalah Var.

Q = V.I.Sin φ

-          Daya Nyata

Daya nyata (Apparent Power) adalah daya yang dihasilkan oleh perkalian antara tegangan rms dan arus rms dalam suatu jaringan atau daya yang merupakan hasil penjumlahan trigonometri daya aktif dan daya reaktif. Satuan daya nyata adalah VA.

S = V.I

Gambar 5. Penjumlahan trigonometri daya aktif, reaktif dan semu