1. Energi Listrik

Simon Patabang, MT.

Jurusan Teknik ElektroUniversitas Atma Jaya Makassar

Pengertian Energi

• Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha/kerja.

• Energi listrik adalah energi yang diperlukan untukmemindahkan muatan listrik dari titik yang berpotensialtinggi ke titik yang berpotensial rendah.

• Besarnya energi untuk memindahkan sebuah muatansama dengan perkalian antara muatan dengan bedapotensial antara ke dua titik.

W = q V

Dalam rangkaian listrik, besarnya energi listrikdirumuskan sebagai :

W = V I t

dimana :W = energi listrik (J)V = beda potensial(V)I = kuat arus (A)t = waktu (s)

dan

q = I.t

Dalam satuan SI :

• Energi dinyatakan dalam joule (J).

• Satuan energi lainnya adalah kalori (kal).

• Hubungan antara kalori dan joule, yaitu:

1 kalori = 4,18 joule

1 joule = 0,24 kalori

Hukum Kekekalan Energi

• Hukum kekekalan energi menyatakan :“Energi tidak dapat diciptakan dan tidakdapat dimusnahkan, tetapi energi dapatdiubah bentuknya dari bentuk yang satumenjadi bentuk energi yang lain.”

• Pada umumnya, manfaat energi akanterlihat setelah berubah bentuk menjadienergi yang lain.

Contoh :

a. Energi listrik menjadi energi kalor

contoh: setrika listrik, kompor listrik, dan magic com.

b. Energi listrik menjadi energi cahaya

contoh: lampu neon (TL) dan lampu pijar.

c. Energi kimia menjadi energi listrik

contoh: aki dan batu baterai.

d. Energi listrik menjadi energi gerak (mekanik)

contoh: kipas angin dan motor listrik.

e. Energi gerak menjadi energi listrik

contoh: turbin PLTA

Sumber Energi Alternatif

• Energi alternatif adalah energi yang dapatdiperbaharui untuk menggantikan energi yangtidak dapat diperbaharui dan mudah didapat.

• Contoh : Air, matahari, biogas, nuklir,biomassa, panas bumi (geothermal)

1. Air

• Air sungai dapat dibendung danmemanfaatkan gerakan air bagian bawah damuntuk menggerakkan turbin air.

• Turbin berfungsi mengubah energi kinetik darigerakan air menjadi energi mekanik yangdapat menggerakan generator listrik.

• Generator listrik menghasilkan energi listrik.

2. Matahari

• Cahaya atau sinar matahari dapatdikonversi menjadi listrik denganmenggunakan teknologi sel surya ataufotovoltaik.

• Potensi energi surya di Indonesia sangatbesar yakni sekitar 4,8 KWh/m2 atausetara dengan 112.000 GWp, namunyang sudah dimanfaatkan baru sekitar 10MWp.

3. Angin

• Pembangkit Listrik Tenaga Angin mengkonversikanenergi angin menjadi energi listrik denganmenggunakan turbin angin atau kincir angin.

• Cara kerjanya cukup sederhana, energi angin yangmemutar turbin angin, diteruskan untuk memutarrotor pada generator di bagian belakang turbinangin, sehingga akan menghasilkan energi listrik.

4. Biogas

• Biogas dapat dihasilkan dari kotoran hewan yangdiolah secara kimiawi.

• Gas methan terbentuk karena proses fermentasisecara anaerobik (tanpa udara) oleh bakterimethan atau disebut juga bakteri anaerobik danbakteri biogas yang mengurangi sampah-sampahyang banyak mengandung bahan organiksehingga terbentuk gas methan (CH4) yangapabila dibakar dapat menghasilkan energipanas.

5. Biomassa

• Pemanfaatan limbah sampah sebagai sumberbahan bakar pembangkit listrik denganmemanfaatkan energi biomassa itu sendiri.

6. Nuklir

• Energi nuklir sebagai salah sumber energi,membutuhkan tingkat keselamatan yangtinggi.

• Hanya digunakan oleh negara-neara tertentuyang dapat menjamin standar keselamatanoperasional PLTN untuk menjaga keselamatanlingkungan dan manusia.

Manfaat energi listrik

• Manfaat energi listrik bagi kehidupan manusia sehari-hari sangatlah banyak sehingga kehidupan manusiasudah sangat bergantung pada energi listrik.

• Ketika terjadi pemadaman listrik, maka banyak sekalikerugian yang dialami. Pengusaha dan masyarakatbanyak mengalami kendala karena pemadamantersebut.

• Manfaat utama energi listrik bagi manusia adalahsebagai penerangan dan untuk menghidupkanberbagai peralatan elektronik tangga dan kantor.

Daya Listrik Arus Searah

Rumus Dasar arus searah :

Daya Listrik Arus Bolak-Balik

Daya listrik arus bolak balik (AC) terdiri dari 3jenis daya listrik yaitu :

1. Daya Semu (S) satuan VA

2. Daya Aktif (P) satuan Watt

3. Daya Reaktif. (Q) satuan VAr

Segitiga Daya

Hubungan antara ketiga jenis daya digambarkandalam segitiga daya.

Cos = P/S

Sin = Q/S

P² + Q² = S²

• Daya Aktif adalah daya yang digunakan untukmenggerakkan alat listrik agar dapat bekerja.Daya inilah yang dikonversi menjadi energi tenaga(mekanik), cahaya atau panas. Satuan daya aktifadalah Watt.

• Daya Reaktif adalah daya yang digunakan untukmenggerakkan alat listrik yang menggunakankumparan atau lilitan sehingga terjadipembangkitan fluks magnetik atau medanmagnet. Satuannya adalah VAR (Volt AmperReactive)

Misalnya motor listrik, pompa air, trafo, ballastlampu yang konvensional dan peralatan listriklain yang menggunakan proses induksi listriklilitan untuk operasinya.

• Daya Nyata dengan satuan VA adalah totalpenjumlahan vektor dari daya aktif dan reaktifdalam segitiga daya.

Daya Listrik 1 Phase

Rumus daya listrik 1 phase

Daya Listrik 3 Phase

Daya listrik 3 phase

Faktor Daya

• Cos ϕ adalah perbandingan antara dayaaktif (P) dan daya nyata (S) dan dikenaldengan faktor daya listrik (PF : PowerFactor).

• Standar nilai Cosϕ (faktor) yang digunakanPLN adalah sebesar 0,8.

Daya Terpasang

• Daya nyata S digunakan untuk menentukanbesarnya daya listrik terpasang dari PLN dirumah pelanggan.

• Pembatas daya listrik pada kWh-meter adalahMCB (Mini Circuit Breaker)

• Misalnya pada suatu rumah dipasang MCB 6Adengan tegangan 220V maka daya terpasangpelanggan tersebut adalah 6A x 220V =1320VA atau dibulatkan 1300VA.

• Daya listrik terpasang PLN yang lainnya (yangpaling umum) adalah 450VA, 900VA, 2200VA,3500VA, 4400VA

• Daya aktif (P) digunakan untuk mengetahuiberapa besar daya listrik yang bisa digunakanoleh peralatan listrik konsumen.

• Bila daya terpasang diketahui maka daya aktifdapat dihitung.Misalnya :Jika Cos ϕ = 0.8 dan daya terpasang 1300VA,maka daya aktifnya (P)P = S . Cos = 1300 . 0.8 = 1040 Watt.

Apa artinya 1300VA dan 1040 Watt?

• Setiap peralatan listrik di rumah sebenarnya hanyamencantumkan nilai daya listrik dalam Watt ( dayaaktif). Contoh : mesin pompa 150 Watt, lampu TL20Watt, dan lain-lain.

• Bila semua peralatan listrik tersebut dipakai, makatotal maksimum daya yang mampu disediakan hanya1040 Watt (bila rumah tersebut memiliki kapasitasdaya terpasang pada meteran 1300VA).

Daya Reaktif

• Daya reaktif selalu ada dalam penggunaan dayalistrik.

• Misalnya daya nyata 1300 VA dan daya aktif 1056Watt, maka terdapat daya reaktif (Q).

• Perhitungan secara trigometri, dengan faktordaya sebesar 0,8 akan menghasilkan nilai

Q = P. sin ϕ VARQ = 792 VAR.

• Daya reaktif ini digunakan untukpembangkitan medan magnet pada peralatanlistrik yang bersifat induksi seperti mesin air,kipas angin, ballast lampu, AC dll.

• Bagi pelanggan perumahan, PLN hanyamenghitung penggunaan daya aktif (watt).Karena itu alat pengukurnya disebut kWh-meter (kiloWatt Hour meter).

• Besarnya daya reaktif tidak dihitung karenafaktor daya untuk listrik perumahan masihditoleransi dalam angka 0.8.

• Bagi pelanggan industri, PLN menghitungbesarnya pemakaian daya reaktif dimanaterpasang alat ukur kVARh-meter (Kilo-VARhour meter).

Menghitung Kebutuhan Daya

• Sebuah rumah mempunyai peralatan listrik dengan total daya 1200Watt. Berapakah besarnya daya ( KVA) meteran untuk memenuhikebutuhan penggunaan daya listrik rumah?

Jawab :

Dengan faktor daya 0.8 maka akan didapat daya nyata SS = 1200/0.8 = 1500VA.Maka meteran listrik PLN yang terpasang adalah daya 2200 VA(sesuai dengan rating MCB-nya yaitu 10A).

• Dari angka 2200 VA maka selanjutnya kita bisa menentukanbesarnya kapasitas instalasi listrik, terutama kabel listrik, minimaladalah 10A.

• Jadi satuan Watt lebih digunakan untuk menghitungbesarnya penggunaan daya listrik pada peralatan dansatuan VA digunakan untuk menghitung kapasitasterpasang instalasi listrik, mulai dari MCB danpenghantarnya.

Sekian