KERTAS PENERANGANKURSUS / TRADE TAHAP / LEVEL TOPIK / TOPIC NO. KOD : HUKUM OHM Penjaga Jentera Elektrik / Chargeman AO ELEKTRIK ASAS Elektrik asas-2006 Muka : 1 Drp: 43

Di awal kurun ke-19, George Simon Ohm telah melakukan beberapa siri ujian dan mendapati pertalian wujud antara arus, voltan dan rintangan. Pertanian tersebut dinamakan hukum ohm yang menyatakan di dalam litar arus terus, LITAR SIRI terus dengan voltan dan berkadar sonsang dengan rintangan pada suhu tetap. arus berkadar Litar siri ialah litar yang mengandungi beberapa perintang disambung dari hujung ke hujung. Penyambungan jenis ini jarang diamalkan dalam pendawaian domestik mahupun V I industri kerana voltan bekalan akan diagih-agihkan antara beban-beban yang ada dalam litar berkenaan, menjadikan beban tersebut tidak berfungsi sepenuhnya. I 1/R Walaubagaimana pun, penyambungan jenis (I) akan bertambah. Dan jika V dikurangkan, makancasakan berkurangan. Ini bermakna jika voltan (V) ditambah, arus ini digunakan pada litar lampu hiasan, membuat I bateri basah dan beberapa kegunaan lagi. berkurangan dan jika rintanga (R) dikurangkan, I akan bertambah. Hukum ohm boleh ditulis Jika R ditambah, I akan dalam bentuk formula seperti berikut : Bagi mengira jumlah rintangan dalam litar siri kita boleh campurkan nilai rintangan di setiap perintang atau komponen. Arus yang mengalir dalam litar akan melalui perintang-perintang yang ada. Arus bekalan adalah sama dengan arus yang I = V/R mengalir di setiap perintang. R = V/I V=RxI Contoh : 1. Berapakah nilai arus yang mengalir di dalam litar yang mempunyai rintangan sebanyak 5 dan voltan 10V. R = 5 V = 10V I=? I = V/R I = 10/5 I = 2A. Berapakah jumlah rintangan yang mana voltan sebanyak 60V menyebabkan arus mengalir sebalik 3 Amp? V = 60V I = 3A R=? R = V/I Kesimpulan : R = 60/3 Dalam litar siri voltan bekalan adalah sama dengan jumlah voltan pada tiap-tiap perintang. R = 20. Vt = V1 + V2 + V3 Jumlah rintangan adalah jumlah nilai rintangan pada tiap-tiap perintang. Rt = R1 + R2 + R3 Jumlah arus bekalan adalah sama dengan arus yang mengalir di tiap-tiap perintang. It = I1 + I2 + I3 Contoh : 1. Perintang 50 dan 70 disambung siri dalam litar. Kira jumlah rintangan. Rt = R1 + R2 Rt = 50 + 70 Rt = 120 2. Di dalam sebuah litar siri yang mengandungi 2 perintang R1 23.8. Berapakah nilai rintangan R2 jika arus 10A mengalir dan bekalan 240V disambungkan. R = V/I = 240/10 = 24 Rt = R1 + R2 Elektrik asas-2006 No. Kod Muka : 2 Drp: 43 24 = 23.8 + R2 R2 = 24-23.8 R2 = 0.2 2.

R1

R2

R3

V1 I

V2

V3

V

LATIHAN 1. 2. 3. Kirakan jumlah-jumla perintang yang disambungkan secara siri kepada bekalan 240V. Nilai perintangperintang tersebut ialah 60, 70 dan 0.1k. Berapakah arus yang melalui litar berkenaan. Kirakan nilai voltan di tiap-tiap beban (perintang). Arus yang mengalir ialah 10A dengan nilai rintangan 3, 1.5 dan 2.5 disambung secara siri, Tiga perintang disambung siri dengan bekalan 12V. nilai rintangan ialah 1, 2 dan 3. Berapakah susutan nilai voltan pada perintang 2? Jumlah arus yang mengalir di dalam litar berpecah atau diagih-agihkan kepada cabang-cabang yang ada. Oleh itu, jumlah arus dalam litar adalah jumlau nilai di tiap-tiap komponen atau perintang. It = I1 + I2 + I3 + .. In Voltan atau beza uapaya yang terdapat di tiap-tiap perintang adalah sama dengan voltan bekalan. Vt = V1 = V2 = V3 = Vn Contoh : 1. 3 perintang tiap-tiap satu 4, 6 dan 8 disambung dalam bentuk siri. Kirakan jumlah rintangan. 1/Rt = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 = 1/4 + 1/6 + 1/8 =6+4+3 24 Rt = 24 13 = 1.85

No. Kod

Elektrik asas-2006

Muka : 3 Drp: 43

Litar kompleks merupakan kombinasi di antara 2 jenis litar, litar siri dan selari. Litar ini banyak diamalkan dalam industri elektronik. Kaedah penyelesaian dalam litar ini adalah sama sahaja. Litar selari hendaklah diselesaikan terlebih dahulu, kemudian barulah bentukkan dalam litar siri.

Di dalam litar di atas, terdapat 4 perintang R1, R2, R3 dan R4 disambung siri-selari. R2 dan R3 disambung selari dan kemudian R1 dan R4 disambung siri dengan perintang R2, R3 tadi. Jumlah rintangan, Rt = R1 + R2 + R3 + R4 Di mana, i = 1 + 1 Rx R2 R3 Arus, It = I1 + I2 + I3 + I4 Di mana Ix = Ir2 + Ir3 Voltan, Vt = V1 + V2 + V3 + V4 Di mana Vx = Vr2 = Vr3 LATIHAN 1. Berapakah jumlah rintangan bagi litar di bawah dan jumlah arus yang mengalir bila bekalan 12 volt disambungkan. Elektrik asas-2006 No. Kod LITAR KOMPLEKS (SIRI SELARI)

Muka : 4 Drp: 43

I2 I1 R1 I3 R2 VR2 I4 R4

R3 VR3

V1

V2

V3

V

2.

Kirakan jumlah rintangan, jumlah arus dalam litar, dan arus yang mengalir melalui R6.

10

12

3.

Cari perintang R1.12

40

12

12V

No. Kod4.

Elektrik asas-2006

Muka : 5 Drp: 43

Dua perintang 4 dan 12 disambung selari. Satu perintang 10 disambung siri pada perintang tadi. Kirakan voltan bekalan jika : Arus 6A mengalir melalui perintang 10. 30 Arus 6A mengalir melalui perintang 12. 80 R4R1 R3R2

45 R5

17 R6 90

120

12V

? R1 25 R3 R2 25

30 Apabila daya digunakan untuk membuat atau menggerakkanR4 sesuatu, ini bermakna kerja dilakukan. Dalam litar elektrik voltan menggerakkan elektron disepanjang pengalir. Voltan ialah satu kuasa tekanan yang disebut juga daya I = 6A gerak elektrik. Ia menghasilkan kerja dalam bentuk cahaya, haba atau bunyi dan sebagainya.

Kadar sesuatu kerja yang dilakukan disebut kuasa (p), V = 50V dan disukat dalam unit watt. 1 Kw = 1,000 watt 1 Mw = 1,000,000 watt Setiap alat dan perkakas elektrik ada dinyatakan kadar voltan, arus serta kuasa. Contohnya : 250V ac 50 watt 250V ac 15 watt 220v 240v ac 80 watt 110V ac 60 watt 240V ac, 5 A Mengira kuasa dalam litar. Kuasa (power) = voltan x arus P=VxI V = P/I I = P/V P=VxI V=IxR P = I2R R = P/ I2 I = P/R P=VxI I = V/R P = V2/R R = V2/P Elektrik V = PR asas-2006

No. Kod Muka : 6 Drp: 43 KUASA (POWER) Jumlah kuasa yang digunakan di dalam sesuatu litar ialah dengan mencampurkan semua kuasa pada litar berkenaansama ada litar siri atau litar selari. Pt = P1 + P2 + P3 + P4 + .. + Pn Contoh : Kirakan kuasa dalam litar di bawah sekiranya bekalan voltan 6 volt dan arus 2A. Diberi, I = 2A V = 6V P=VxI P=6x2 P = 12 watt.

P

V

I

LATIHAN 1. Sebuah litar siri R1 = 30 dan R2 = 60 dikenakan arus 2A mengalir. Berapakah kadar kuasa yang diperlukan bagi litar ini. 2. 3. 4. Dua perintang disambungkan selari R1 = 30, dan R2 = 60. Arus 2A melalui R1 dan R2. Berapakah kadar kuasa bagi litar ini. Sebuah rumah mempunyai 10 point lampu yang tiap-tiap satu 60 watt dengan bekalan 240V. Berapakah I = 2A jumlah arus yang mengalir bila semua lampu menyala. Satu lampu elektrik berkadar 60 watt disambungkan dengan bekalan 240V. Berapakah nilai rintangannya? Jika lampu yang sama diberikan pula bekalan210 volt, berapakah kuasa yang boleh ditanggung oleh lampu 6V tersebut (rintangan lampu adalah tetap)? Kirakan : Jumlah rintangan. Arus di tiap-tiap perintang. Kuasa yang ditanggung oleh perintang 20. Jumlah kuasa dalam litar.

5.

No. Kod

Elektrik asas-2006

Muka : 7 Drp: 43

8

120V

20

40

120

Tenaga ialah kuasa yang dibuat atau digunakan di dalam jangka waktu tertentu. Tenaga elektrik diukur dalam unit kilowatt-jam (KWj). 401 KWj = 1000 watt-jam = 1 unit Satu kilowaat-jam bermakna 1000 watt kuasa digunakan dalam tempoh satu jam. Jika sebuah streka elektrik berkadar 1000 watt yang berfungsi sepenuhnya, jika digunakan selama satu jam, maka ia menggunakan 1000 watt sejam kuasa atau 1 kilowatt-jam atau 1 unit tenaga. Unit kilowatt-jam ini digunakan untuk menyukat tanaga yang digunakan oleh pihak berkuasa bekalan elektrik bagi menentukan bayaran kepada pengguna-pengguna elektrik. Alat yang digunakan untuk menyukat tenaga ialah jangka kilowatt-jam (kilowatt hour meter), KWh. Tenaga elektrik = kuasa x masa E=Pxt Terdapat 2 jenis jangka kilowat-jam iaitu jenis analog dan digital. Contoh : 1. Sebuah cerek elektrik berkadar 1500watt dipasang selama 4 jam. Berapakah tenaga yang digunakan? P = 1500watt, t = 4 jam, tenaga - ? Tenaga elektrik = kuasa x masa E=pxt E = 1500 x 4 E = 6000 watt-jam E = 6KWj. Elektrik asas-2006 No. Kod Muka : 8 Drp: 43 2. Sebuah rumah mengandungi beban-beban kuasa berkadar : 1000watt streka digunakan 2 jam, 1500watt TENAGA ELEKTRIK jam, 3 x 100watt lampu pijar digunakan 8 jam dan 30watt kipas digunakan 4 jam setiap cerek digunakan 1 hari. Kirakan kadar bayaran yang digunakan sehari. Jika pengguna menggunakan berterusan selama sebulan (28 hari), berapakah jumlah bayaran yang dikenakan jika harga seunit 20 sen. Streka = 1000 x 2 jam = 2000wj Cerek = 1500 x 1.5 jam = 2250wj Lampu = 3 x 100 x 8 jam = 2400wj Kipas = 30 x 4 jam = 120wj Jumalah tenaga = (2000 + 2250 + 2400 + 120) wj = 6770wj = 6.7KWj. Tenaga digunakan berterusan selama 28 hari, = 6.77Kwj x 28 hari = 189.56 unit. Jumlah bayaran yang dikenakan sebulan, = tenaga x harga seunit = 189.56 unit x 0.20 sen = RM37.91 sen.

No. Kod3.

Elektrik asas-2006

Muka : 9 Drp: 43

Kadar penggunaan beban bagi sebuah rumah seperti berikut : 3 x 60watt lampu pijar digunakan 15 jam sehari. 7Kw cooker digunakan 4 jam sehari. 1000watt streka digunakan 5 jam seminggu. 40watt peti sejuk digunakan 24 jam sehari. 50watt kipas digunakan 6 jam sehari. 2 x 40watt lampu pijar digunakan 15 jam sehari. Kirakan kadar bayaran yang dikenakan dalam tempoh sbulan (28 hari) dengan kadar 23 sen untuk 100 unit pertama dan 27 sen untuk unit yang berikutnya. Lampu = 3 x 60watt x 15 jam = 2700wj. Cooker = 7000watt x 4 jam = 28000wj. Peti sejuk = 40watt x 24 jam = 960wj. Kipas = 50watt x 6 jam = 300wj. Mentol = 2 x 40 watt x 15 jam = 1200waj. Streka = (1000watt x 5 jam)/7 hari = 714.3wj Jumlah tenaga = (2700 + 28000 + 960 + 300 + 1200 + 714.3) wj = 33874.3wj = 33.87KWj. Jumlah tenaga sebulan = 33.87KWj x 28 hari = 948 unit. 100 unit pertama = 100 x 0.23 sen = RM23.00 848 berikut = 848 x 0.27 sen = RM228.96 JUMLAH = RM251.96.

1.

Kapasitor Udara Biasanya terdiri daripada satu set plat tetap dan satu set lain plat boleh gerak dan digunakan secara meluas untuk kerja radio di mana nilai kapasitannya boleh diubah-ubah.

2.

Kapasitor Kertas Elektrod-elektrod kapasitor adalah terdiri daripada kerajang logam yang diasingkan dengan kertas bersadur lilin atau minyak dan digulung kepada bentuk yang padat. Elektrik asas-2006

No. Kod JENIS-JENIS KAPASITOR

Muka : 10 Drp: 43

3.

Kapasitor Mika Jenis ini terdiri daripada sama ada selangan lapisan-lapisan mika dan kerajang logam yang diikat dengan ketat atau filem-filem nipis daripada perak yang disembur kedua-dua sisi helaian mika. Kapasitor jenis ini banyak digunakan dalam litar-litar frekuensi tinggi.

4.

Kapasitor Seramik Elektrod-elektrod kapasitor terdiri daripada saduran logam, biasanya perak, atas muka-muka bertentangan bagi satu cakera nipis atau plat bahan seramik seperti silikat magnesia berair atau talk. Kapasitor jenis ini biasanya digunakan dalam litar-litar frekuensi tinggi yang mengalami perubahan suhu yang luas.

5.

Kapasitor Elektrolit Kapasitor ini digunakan secara meluas dalam litar-litar elektrik. Ianya terdiri daripada 2 kerajang aluminium, 1 daripadanya mempunyai filem oksida dan yang satu lagi tanpa filem. Kerajang-kerajang itu diasingkan oleh kertas yang tertepu dengan elektrolit yang sesuai. Misalnya, ammonium borat. Filem aluminium oksida itu dibentuk atas satu kerajang dengan melalukannya menerusi kukus elektrolit di mana kerajang itu merupakan elektrod positif. Filem oksida itu bertindak sebagai dielektrik.

No. Kod

Elektrik asas-2006

Muka : 11 Drp: 43

No. KodKAPASITOR DALAM SIRI

Elektrik asas-2006

Muka : 12 Drp: 43

C1

C2

C3

V1

V2

V3

V Dalam rajah di atas, V adalah voltan bekalan bagi ketiga-tiga kapasitor, V1, V2 dan V3 adalah susutan voltan kapasitor tersebut. Oleh kerana ketiga-tiga kapasitor disambung siri, maka arus yang menegcas dan masa yang diambil adalah sama. Setiap kapasitor mempunyai cas yang serupa iaitu Q coulumb. Jadi Tetapi V = V1 + V2 + V3 V = Q/C

Sekiranya Ct adalah jumlah kapasitor dalam siri, Q/Ct = Q/C1 + Q/C2 + Q/C3 Bahagikan dengan Q, 1/Ct = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3

No. Kod

Elektrik asas-2006

Muka : 13 Drp:43

KAPASITOR DALAM SELARI Kapasitor boleh disambungkan dalam bentuk selari dan juga siri. Adalah perlu untuk mengetahui pengimbangan nilai kapasitannya dalam bentuk berkumpulan.

C1 V Q1

C2 Q2

C3 Q3

Kapasitor dalam sambungan selari. Dalam rajah di atas, C1, C2 dan C3 adalah disambungkam dalam bentuk selari. Bila disambungkan kepada bekalan, setiap kapasitor akan menyimpan cas tersendiri dan bolehlah dianggap mempunyai cas Q1, Q2 dan Q3. jadi jumlah cas yang tersimpan di dalamnya adalah Qt, iaitu campuran dari cas-cas individu. Tetapi, Qt = Q1 + Q2 + Q3 Q = CV Voltan bekalan disambung kepada semua kapasitor, jadi Ct adalah kapasitan bagi kumpulan itu. Dibahagikan dengan V, CtV = C1V + C2V + C3v Ct = C1 + C2 + C3 Kesimpulannya, nilai kapasitan dalam bentuk selari adalah dengan mencampurkan kesemua nilai kapasitan dari tiaptiap kapasitor. Dengan ini kita boleh mendapatkan nilai kapasitan yang tinggi dari beberapa nilai kapasitan yang rendah.

LITAR ARUS ULANG ALIK YANG MENGANDUNGI RINTANGAN SAHAJA Pengaliran arus dalam litar berperintang adalah benpandukan Hukum Ohm untuk semua bahagian dalam kitaran. Arus adalah berkadar terus dengan voltan. Arus dalam litar berperintang tulen adalah sefasa dengan voltan. Ini ditunjukkan dalam bentuk gelombang dan rajah. Elektrik asas-2006 No. Kod Muka : 14 Drp: 43

I

V

R I = V/R I LITAR ARUS ULANG ALIK MENGANDUNGI INDUKTAN SAHAJA Perubahan pengaliran arus dalam litar induktan tulen adalah perubahan rangkaian fluks mengaruhkan d.g.e. yang sentiasa menetang perubahan pengaliran arus yang berpandukan hukum Lenz. Nilai d.g.e yang teraruh adalah bergantung kepada kadar perubahan fluks. Dalam litar induktan arus terus,V induktan memberikan kesan terhadap pengaliran arus semasa litar terbuka dan litar tertutup. Dalam litar arus ulang alik pula, nilai arus dan pergerakkannya adalah bertukar berterusan, jadi d.g.e yang teraruh juga menetang perubahan arus secara berterusan. Rajah di bawah menunjukkan d.g.e dan voltan bekalan dalam litar induktan tulen. Dengan menggunakan rajah fasor, voltan adalah sebagai rujukan. Dalam litar ini arus ketinggalan 90%.

+

V I

d.g.e V270 360

90

180

I -

I = V/XL XL = 2fl L I V

No. Kod

Elektrik asas-2006

Muka : 15 Drp: 43

LITAR ARUS ULANG ALIK MENGANDUNGI KAPASITOR TULEN Rajah bentuk gelombang menunjukkan satu kitaran voltan arus ulang alik. Voltan bertukar begitu cepat pada titik A, C, E dan tahap maksima pada titik B dan D. + V 270 0 90 A B C 180 D 360 E V I I

C I = V/XC I XC = 1/2FC XC = 106/2FC V Jika voltan dibekalkan pada kapasitor arus yang mengalir bergantung pada kadar voltan bekalan, perubahan kadar voltan pada titik C, D dan E arus mempunyai nilai yang tinggi pada titik-titik tersebut. Antara A dan B voltan meningkat dan arus mengalir melalui kapasitor tetapi nilainya turun kepada 0. pada titik B, kapasitor mempunyai cas penuh dan arus adalah 0. Dari B ke C, voltan menurun (kapasitor discaj) dan arus mengalir dalam pergerakan negative. Dari titik C ke D, voltan meningkat dalam pergerakan negative dan kapasitor mempunyai caj penuh. Jadi sekali lagi arus ke 0, dari titik D ke E kapasitor sekali lagi discaj kerana voltan melaluinya turun ke 0. dalam litar kapasitor tulen, arus mendahului voltan sebanyak 90. (C dalam Farad) (C dalam Farad)

No. Kod

Elektrik asas-2006

Muka : 16 Drp: 43

KUASA SEBENAR (TRUE POWER) Voltan bekalan dianggap terdiri daripada 2 komponen utama membentuk tiga persegi bersudut tepat di mana V R sefasa dengan I dan VR menyusul I sebanyak 90. VR/V = Cos VR = V Cos Bagi rintangan tulen, P = VR I = (V Cos ) I = VI Cos KUASA KETARA (APPARENT POWER) Bagi litar ulangalik yang mengandungi rintangan dan reaktan, hasil darab antara voltan dan arus tidak menyamai kuasa yang digunakan dan tidak boleh dinyatakan dalam unit watt. Kuasa tersebut dinamakan Kuasa Ketara, di dalam unit Volt-ampere. Kebanyakan mesin-mesin arus ulangalik seperti transformer dan penjana dikadarkan dengan unit Volt-ampere (VA). P = VI Cos (Kw)

P = VI (KVA) KUASA REAKTIF (REACTIVE POWER) Kuasa reaktif adalah hasil darab voltan talian dan bahagian arus talian yang tidak menggunakan kuasa. Kapasitor menggunakan kuasa reaktif kerana arus yang mengalir mendahului voltan sebanyak 90 dan kuasa purata sebenarnya adalah sifar. Kuasa reaktif kadangkala dinamakan juga kuasa tanpa watt (wattles power) dan diukur dalam unit Voltampiar-reaktif (VAR). KUASA SEBENAR (Kw) KUASA REAKTIF (KVAR) KUASA SETARA (KVA)

RAJAH TIGA PERSEGI KUASA Kw = kVA Cos kVA = Kw/Cos Cos = Kw/kVA

No. Kod

Elektrik asas-2006

Muka : 17 Drp: 43

LATIHAN 1. Rintangn 10 disambung siri dengan sebuah kapasitor kepada bekalan 120V 60 Hz. Jika kuasa yang digunakan ialah 360W, cari nilai kapasitor. 2. Sebuah litar siri rintangan 50 dan reaktan induktif 150 serta reaktan kapasitif 110 disambung kepada bekalan 220V 50Hz.Kira : 3. Arus litar. Factor kuasa. Jumlah kuasa

Suatu litar mengandungi perintang 50, induktan 0.1H dan kapasitor 100f semuanya disambung selari kepada bekalan 100V 50Hz. Kira : Arus tiap komponen. Jumlah arus. Factor kuasa. Jumlah kuasa digunakan. Arus tiap komponen. Jumlah arus. Sudut fasa. Jumlah kuasa.

4.

Perintang 150 dan kapasitor 30f disambung selari kepada bekalan 200V 50Hz. Kira :

No. Kod FAKTOR KUASA

Elektrik asas-2006

Muka : 18 Drp: 43

Faktor kuasa ialah nisbah di antara kuasa sebenar dan kuasa ketara, nilainya adalah bergantung kepada sudut fasa antara voltan bekalan dan arus talian. Faktor kuasa = kuasa sebenar kuasa ketara Apabila, Kuasa sebenar = VI Cos dan Kuasa ketara = VI Faktor kuasa = VI Cos = Cos VI Cos juga boleh dinyatakan di dalam rajah fasor atau impedan. Fk = P = Cos = VR = R VI V Z Faktor kuasa disebut sebagai menyusul apabila arus menyusuli voltan bekalan dan sebagai mendahului apabila arus mendahului voltan bekalan. Ini bererti voltan bekalan dianggap sebagai kuantiti rujukan. Nilai factor kuasa boleh berubah daripada 1 (unity) di dalam litar berperintang tulen di mana sudut fasa 0 sehingga kepada 0 bagi litar reaktif tulen (induktif atau kapasitif) di mana sudut fasa 90. Kesan-kesan daripada factor kuasa rendah : 1. Perlu mempunyai saiz kabel yang lebih besar. 2. Lebih besar saiz transformer. 3. Kadar suisgear lebih tinggi. 4. Contoh : Kadar fius lebih tinggi. Jika 5. Voltan sust lebih tinggi di dalam bekalan 250V arus alik, kira nilai arus pada faktor kuasa berikut : suatu beban 1kW disambung kepada pengalir. 6. Lebih tinggi kehilangan tembaga. Satu ( = 0) 7. Kecekapan penjana berkurangan, kehilangan lebih tinggi dan lebih penggunaan minyak. 8. Kos( = 37) lebih tinggi. 0.8 penjanaan 0.4 ( = 66) Contoh suatu pengulangalik dikadarkan untuk memberikan 2000A pada voltan 400V iaitu merupakan nilai yang paling maksima. Oleh itu, perkadarannya dikira : P= x 1. Pada faktor kuasaI1, V = 400 x 2000 = 800kVA 1000 I = 1000 = 4A Perbezaan fasadi antara250 x 1 dan arus bergantung kepada bentuk beban dan tidak kepada penjana. voltan Sekiranyafaktor kuasa 0.8, 2. Pada factor kuasa 1, P = VI Cos = 1000 I = 800 x 1 = 5A = 250 x 0.8 800kW. Sekiranyafaktor kuasa 0.4, 3. Pada factor kuasa 0.5, P = VI Cos = 1000 I = 800 x 0.5 = 10A = 400kW. 250 x 0.4 Jelaslah bahawa lebih tinggi nilai factor kuasa bagi beban, maka lebih besar kuasa yang dapat dijanakan oleh suatu Ini menunjukkan lebih rendah nilai faktor kuasa, lebih banyak tenaga yang dapat dijimatkan. pengulangalik itu. Cos = kW kVA

No. Kod

Elektrik asas-2006

Muka : 19 Drp: 43

37

I1 = 4A 66

V

I2 = 5A

fk 0.8

PEMBETULAN FAKTOR KUASA I3 10A fk 0.4 Kebanyakkan masalah yang berpunca daripada faktor kuasa rendah adalah disebabkan oleh=beban induktif seperti motor induksi dan juga transformer. Satu cara yang berkesan untuk membaiki faktor kuasa ialah dengan menyambungkan selari sebuah kapasitor kepada beban. Kapasitor tulen, suatu beban yang beroperasi pada faktor kuasa mendahului sifar, apabila disambung dengan beban induktif akan menentang kesan-kesan menyusul pada induktan tanpa mengmabil sebarang kuasa.

Gambarajah di atas ialah sebuah litar beraruhan di mana IL menyusul V sebanyak 1. Apabila disambung selari dengan kapasitor, di mana arus IC mendahului V, keputusannya ialai I iaitu jumlah campuran fasor I L dan IC di mana sudut fasanya berkurangan menjadi 2.

No. Kod

Elektrik asas-2006

Muka : 20 Drp: 43

IL V

R

Q1

V

L IL Di dalam Au, V dan I mempunyai pertalian yang menyebabkan perbezaan sudut. Perbezaan sudut di antara V dan I dinamakan faktor kuasa. Jika sudut ialah perbezaan V dan I, maka faktor kuasas bagi litar ialai cos. Dari rajah di bawah, arus 48A mengalir melalui rintangan dan induktor, I akan ketinggalan dibelakang V sebanyak oleh kesan induktif gelung. I dan V tidak boleh didarabkan terus untuk mendapat nilai kuasa. Ini disebabkan I turun naik apabila berlaku perubahan kuasa, V dan I menghasilkan kuasa ketara (apparent power). V x I = kuasa ketara Yang mana diukur dalam unit volt-ampere(VA). Kuasa ketara = V x I = VA IL I IC Perbezaan sudut cos hendaklah diambilkira apabila mengira kuasa sebenar (true power) menghasilkan watt. Kuasa sebenar = V x I x cos = watt IC Dalam rajah phasar dibawah menunjukkan pertalian antara V dan I dengan perbezaan sudut cos 41 (ketinggalan) R cos 41 = 0.750. Ini menunjukkan faktor kuasa 0.75 ketinggalan. Dari contoh litar dibawah, I mengalir sebanyak 48A 2 dan V 240V dengan faktor kuasa 0.75 V V 1 L IL I

Elektrik asas-2006 No. Kod FAKTOR KUASA (POWER FACTOR)

Muka : 21 Drp: 43

V

I

Di dalamI=48A litar induktif di mana I ketinggalan V, faktor kuasa disebut sebagai faktor kuasa ketinggalan. Di dalam litar kapasitif pula di mana I mendahului V, faktor kuasanya disebut sebagai faktor kuasa mendahului. Faktor kuasa boleh dinyatakan dalam beberapa nilai dari 0 hingga 1 (unity). Faktok kuasa (unity) adalah untuk litar berperintang tulen yang mempunyai sudut fasa 0, P = V x I atau reaktif tulen yang bersudut fasa 90 dan P = 0. 240V Bagi mendapatkan nilai unity bagi litar berinduktif dan berkapasitif agak sukar walaupun diperbaiki nilai yang terhampir dengan unity cukup untuk memperbaiki faktor kuasa bagi sesebuah litar. MENGIRA FAKTOR KUASA Dalam menyelesaikan faktor kuasa, terdapat 2 kaedah : 1. Menggunakan rajah tiga segi impedan. 2. menggunakan rajah tiga segi voltan didarabkan setiap bahagian atau sempadan dengan arus yang melalui V litar. I

Rajah Phasar

No. Kod

Elektrik asas-2006

Muka : 22 Drp: 43

Z Cos = R/Z Contoh : Sebuah litar arus ulangalik (AU) terdiri daripada rintangan 40 yang disambung siri dengan kapasitor reaktan 30. PF = cos Kirakan : Kuasa ketara Kuasa sebenar Faktor kuasa R

VxI I = V/Z = R2 = xc2 VL x402 + 302 = I = 1600 + 900 = 2500 = 50 I = 200/50 = 4A AP = VI = 200 x 4 = 800VA Cos = R/Z = 40/50 = 0.8 TP Kod No. = VI cos Elektrik asas-2006 = 200 x 4 x 0.8 = 640w VR x I

Kuasa reaktan dipanggil wattlers power. Ini disebabkan induktor atau kapasitor dalam litar mempunyai fungsi sendiri iaitu mengeluarkan medan magnet dan mengecas kapasitor.

Muka : 23 Drp: 43

Vr = I x R = 4 x 40 = 160V Vc = 1 x Xc = 4 x 30 = 120V Pr = 160V x 4 = 640w Pc = 120 x 4 = 480w Cos = TP/AP = 640/800 = 0.8. R C Xc = 30 40

200V

KEBURUKAN FAKTOR KUASA RENDAH Kuasa faktor yang rendah memberikan kuasa yang rendah. Ini bermakna arus yang tinggi diperlukan di dalam litar yang faktor kuasanya rendah. Sebagai contoh, sebuah motor memerlukan arus 30A ketika faktor kuasa unity, tetapi pada faktor kuasa 0.5 ia memerlukan arus sebanyak 60A. berikut adalah beberapa kesan daripada faktor kuasa yang rendah. Saiz kabel yang besar, saiz suisgear dan alatubah uatama yang besar diperlukan dalam pepasangan serta pada penghantar bekalan utama (supply main feeding). Kendalian pada talian penghantar voltan tinggi boleh mengalami gangguan. Kabel yang besar diperlukan bagi membawa arus yang tinggi, lebih beban disambungkan jika faktor kuasanya diperbaiki. Arus yang tinggi menyebabkan kehilangan tembaga pada kabel dan transformer. Arus yang tinggi mengakibatkan kejatuhan voltan menjadi besar pada kabel. MEMBAIKI FAKTOR KUASA Memandangkan beban gunaan kebanyakkan berinduktif terdiri daripada motor, transformer, choke dan lain-lain, maka faktor kuasa perlu diperbaiki dengan menyambungkan kapasitor pada beban. Rajah (a) menunjukkan beban berinduktif di mana arus ketinggalan voltan. Rajah (b) pula menunjukkan litar yang serupa yang telah disambung dengan kapasitor selari pada beban bagi menghasilkan arus reaktif di mana arus mendahului voltan. Dengan adanya arus reaktif dalam kapasitor, ia akan menyebabkan perbezaan sudut yang lebih kecil antara I dan V. Ini menghasilkan pembetulan terhadap faktor kuasa bagi beban. Sekiranya terlalu banyak kapasitor digunakan maka Ic mendahului IL yang mana menyebabkan I mendahulu V. Jadi ini perlu dielakkan sama sekali dengan menggunakan saiz kapasitor yang sesuai.

No. Kod

Elektrik asas-2006

Muka : 24 Drp: 43

Contoh : Sebuah litar mengandungi motor 1 berfungsi dengan kecekapan 85 dengan kuasa 5kW pada faktor kuasa 0.7 ketinggalan di mana frekuensinya 50Hz. Kirakan arus penuh beban dan nilai kapasitor-kapasitor jika ingin diperbaiki kepada kadar faktor kuasa 0.9. Voltan bekalan ialah 240V. Diberi, eff = 85% kuasa = 5kW PF = 0.7 f = 50Hz V = 240V

V

V

Ic V I V

IL Definasi untuk angkadar kuasa ialah : Angkadar Kuasa = Kuasa Aktif Kuasa Ketara = KW KVA Seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah :

Jika setiap KVA, KVAR dan KW yang terdapat dalam rajah di atas didarabkan dengan H, iatu jam, maka wajah baru rajah ialah : Elektrik asas-2006 No. Kod Muka : 25 Drp: 43

ANGKADAR KUASA

Dari rajah di atas,

Angkadar kuasa = KWH KVA KVAH

KVAR

Dari phythogorous theroem, KVAH = KWH2 + KVARH2 Oleh sebab itu, Angkadar kuasa = KWH KW KWH2 + KVARH2

KVAH KVARH

KWH

No. Kod

Elektrik asas-2006

Muka : 26 Drp: 43

Contoh : 1. Bacaan KWH dan KVARH untuk akhir bulan Jan dan akhir bulan Feb adalah seperti berikut : Akhir bulan Jan Akhir bulan Feb Kirakan nilai purata angkadar kuasa. JAWAPAN : Penggunaan, KWH = 1230 921 = 309 Penggunaan, KVARH = 742 546 = 196 Angkadar kuasa = 309 3092 + 1962 = 0.84 KWH 921 1230 KVARH 546 742

Matlamat utama pembetulan angkadar kuasa ialah untuk mengurangkan malah menghadkan kos tenaga reaktif, di dalam bil elektrik. Bagi melakukan perkara ini, kita perlu mengagihkan unit-unit kapasitor, bergantung kepada penggunaan mereka, pada kedudukan selepas jangka tenaga pengguna. Unit kapasitor boleh dipasang dibeberapa titik di dalam rangkaian pembahagian sesuatu pepasangan. Dua jenis pepasangan yang berlainan boleh dibezakan : Kompensasi individu (individual compensation) Kompensasi pusat/kumpulan (central compensation)

No. Kod PEPASANGAN KAPASITOR

Muka : 27 Drp: 43

CARA Individu

CIRI-CIRI Berkaitan kpd alatan yang berada di dalam keadaan beban berterusan, setiap satu disambungkan kepada sebuah kapasitor yang mempunyai nilai yang sesuai. Unit kapasitor disambungkang pada msukan utama (main incoming).

KEBAIKAN KVAR dihasilkan ketika ini juga. Susut voltan kehilangan berkurangan. Alat penyuisan dikurangkan. dan talian dapat

KEBURUKAN Kos bagi beberapa buah kapasitor yang adalah lebih mahal berbanding dengan sebuah kapasitor yang mempunyai jumlah kadaran yang sama

Pusat/Kumpulan

Kos bagi unit kapasitor dikurangkang.

Arus tidak dikurangkan pada talian pembahagian.

No. KodPRINSIP-PRINSIP BAGI AUTOMATIC CAPACITOR BANK

Muka : 28 Drp: 43

Oleh kerana kuasa areaktif yang diperlukan adalah berubah, kompensasi pusat (berkumpulan) kerap membabitkan Automatic Capacitor Bank. Setiap bank terhina daripada bilangan individu kapasitor-kapasitor tiga fasa yang tertentu dan ditempatkan di dalam kumpulan-kumpulan selari dan disuiskan dengan sesentuh. Bilangan bagi setiap individu kapasitor biasanya dirujukkan sebagai tingkat (the steps). Biasanya thedapat enam bilangan tingkat. Penyesuaian bagi sesentuh dan kapasitor-kapasitornya dikawal oleh sebuah geganti kuasa reaktif (reactive power relay) atau kadang-kadang dikenali sebagai alatu angkadar kuasa otomatik (automatic power factor regulator), lihat rajah di bawah.

No. Kod

Muka : 29 Drp: 43

Alatur angkadar kuasa seperti yang tertera di dalam rajah di atas digunakan untuk mengukur kuasa reaktif yang diperlukan dan juga mengawal penyuisan (in dan out) bagi kapasitor yang berbeza, bergantung kepada angkadar kuasa yang diharapkan.

No. Kod

Muka : 30 Drp: 43

No. Kod

Muka : 31 Drp: 43

MEMPERBAIKI FAKTOR KUASA DENGAN KAPASITOR Beban elektrik pada amnya terbahagi kepada dua kumpulan, beban perintang (seperti pemanas dan lampu pijar) dan beban induktif (seperti motor, mesin kompal, lampu discaj). Arus yang mengalir melalui beban perintang dipanggil arus efektif di mana jumlah kuasa elektrik ditukarkan kepada pemanas dan cahaya. Manakala arus yang mengalir melalui beban induktif dipanggil arus ketara (apparent currents), ianya adalah No. Kod gabungan arus efektif dan reaktif, keupayaan kuasa bekalan harus : 32 Drp: 43 arus efektif yang Muka melebihi kapasiti diperlukan. Nisbah arus efektif dan arus ketara yang mengalir melalaui beban induktif dikenali sebagai faktor kuasa. Vektor kuasa melalui kapasitor bertentangan arah dengan vektor arus reaktif melalui beban induktif. Oleh itu apabila kapasitor disambung selari dengan beban induktif, arus kapasitor menghalang arus reaktif. Ini menyebabkan nilai arus ketara menjadi nilai arus efektif. Ini dikenalai sebagai memperbaiki faktor kuasa dengan kapasitor.

MEMBETULKAN DAN MENGUKUR KUASA Tujuan : untuk mengetahui kaedah mencari nilai kapasitor dan mencari nilai kapasitor bank bagi beban yang mempunyai faktor kuasa rendah. Sekumpulan kapasitor yang dinamakan kapasitor bank disambung selari dengan beban, supaya kuasa apparent (KVA) yang diambil oleh beban menjadi kurang dan faktor kuasa diperbaiki. CARA MENGIRA NILAI KAPASITOR BANK BAGI SESUATU PEPASANGAN 1. Faktor kuasa 1 = faktor kuasa yang diambil oleh pepasangan. 2. Faktor kuasa 2 = faktor kuasa yang hendak diperbaiki. 3. Formula untuk mencari KVA kapasitor bank : KVA-kapasitor bank = KW x (N bagi FK 1) (N bagi FK 2) Di mana, KW = beban dalam kilowatt = beban KVA x FK 1 N = nilai yang didapati dari jadual. FK 0.3 0.32 0.34 0.35 0.36 0.38 0.4 0.42 0.44 0.45 0.46 0.48 N 3.18 2.96 2.77 2.68 2.59 2.43 2.29 2.16 2.04 1.98 1.93 1.83 FK 0.5 0.52 054 0.55 0.56 0.58 0.6 0.62 0.64 0.65 0.66 0.68 N 1.73 1.64 1.56 1.52 1.48 1.40 1.33 1.27 1.20 1.17 1.14 1.08 FK 0.7 0.72 0.74 0.75 0.76 0.78 0.8 0.82 0.84 0.85 0.86 0.88 N 1.02 0.964 0.909 0.882 0.855 0.802 0.75 0.698 0.645 0.62 0.593 0.54 FK 0.9 0.92 0.94 0.95 0.96 0.98 1.0 N 0.484 0.426 0.363 0.329 0.292 0.203 0

Nilai N = FK (cos ) = cos = Tan N = 0.5 (cos ) = 60 = 1.73 (tan ) Contoh : Satu pepasangan mempunyai beban 60KVA dengan faktor kuasa 0.7 lagging. Cari nilai KVA bagi kapasitor bank yang harus digunakan bagi meningkatkan faktor kuasa kepada 0.96 lagging, FK 1 = 0.7 (dari jadual, nilai N = 1.02) FK 2 = 0.96 (dari jadual, nilai N = 0.292) KW = beban KVA x FK 1 = 60 x 0.7 = 42KW Kadar KVA kapasitor bank = KW x (N bagi FK 1) (N bagi FK 2) = 42 x (1.02 0.292) = 42 x 0.728 No. Kod = 30.6 KVA atau 31 KVA.

Muka : 33 Drp: 43

No. Kod

Muka : 34 Drp: 43

Semua kapasitor yang digunakan untuk memperbaiki faktor kuasa hendaklah dipasang satu resistor (rintangan) selari dengan kapasitor. Ini dilakukan agar cas segera dapat dilakukan apabila bekalan tiada.

Jika voltej bekalan 240V, frekuensi 50Hz, jadi kapasitan dalam micro-farad = KVA kapasitor bank x 109 314 x V2 Contoh : Berapakah nilai kapasitan bagi kapasitor bank 5 KVA dengan bekalan 240V dan frekuensi 50Hz. Kapasitan = 5 x 109 314 x 240 x 240 = 277 micro-farad.

No. Kod

Muka : 35 Drp: 43

PENYAMBUNGAN KAPASITOR BANK DALAM DELTA BAGI BEKALAN 3 FASA Penggunaan kapasitor hendaklah sesuai voltej talian penuh. Jika voltej talian ialah VL dan frekuensinya 50Hz, maka kapasitan bagi tiap-tiap fasa dalam micro-farad adalah : C = KVA bagi kapasitor bank x 109 3 x 314 (VL)2 Contoh : Beri nilai kapasitan bagi kapasitor bank 20 KVA pada bekalan 415V, 3 fasa, 50Hz. C = 20 x 1,000,000,000 3 x 314 x 415 x 415 = 123 micro-farad.

No. Kod

Muka : 36 Drp: 43

PENYAMBUNGAN KAPASITOR BANK DALAM STAR BEKALAN TIGA FASA Dalam sambungan ini, kapasitor berfungsi pada voltej antara fasa dan neutral, VL/1.73, di mana jika voltej bekalan 415 tiga fasa, voltej sekarang ialah 240V. Jika voltej talian VL dan frekuensi 50Hz, maka kapasitan bagi tiap-tiap fasa ialah : C = KVA kapasitor bank = 109 314 x VL x VL Contoh : Bagi kapasitor bank yang berkadar 20KVA dan voltej bekalan 415V, tiga fasa, 50Hz. C = 20 x 1,000,000,000 314 x 415 x 415 = 369 micro-farad (operasi voltej pada 240V)

Kira-kira 2500 tahun dahulu, sejenis batu yang mempunyai kuasa menarik besi-besi lain telah dijumpai oleh bangsa Greek di Asia Minor. Orang-orang Greek menamakan batu tersebut (yang kini dipanggil lodestone) sebagai magnetite yang mana sekarang dikenali sebagai MAGNET. BAHAN-BAHAN MAGNET Bukan semua bahan-bahan boleh dimagnetkan atau bertindak dengan magnet dan bahan-bahan ini boleh dikelaskan kepada 3 bahagian : 1. PARAMAGNETIK ialah bahan-bahan yang sedikit sahaja dapat dimagnetkan walaupun dalam pengaruh medan magnet yang kuat. Contohnya aluminium, kromium dan platinum. 2. DIAMAGNETIK ialah bahan-bahan yang sedikit sahaja dapat dimagnetkan tetapi menentang arah medan magnet asal. Contohnya tembaga, perak, emas dak raksa. 3. FERROMAGNETIK ialah bahan-bahan yang mudah dimagnetkan. Contohnya besi, steel, cobalt, alnico dan permalloy. antara bahan-bahan magnet yang lain. Daripada ketiga-tiga kumpulan di atas, paramagnetik dianggap sebagai bahanbahan bukan magner berbanding dengan ferromagnetik. JENIS-JENIS MAGNET 1. Magnet Kekal bahan-bahan yang dapat menyimpan tenaga magnet selepas bahan tersebut dimagnetkan. Masa yang diambil untuk menyimpan tenaga magnet tersebut adalah lama. 2. Magnet Sementara terdiri daripada bahan-bahan yang hanya dapat dimagnetkan apabila terdapat daya magnetan dikenakan pada bahan tersebut. Jika tiada, daya magnetan, kuasa magnetnya juga akan hilang.

No. Kod Muka : 37 Drp: 43 Alnico ialah loyang KEMAGNETANcampuran aluminium, nikel dan cobalt yang mana diketahui sebagai bahan yang terbaik sekali di

TEORI MOLEKUL MAGNET Mengikut kenyataan yang dibuat oleh Weber, semua benda magnet mempunyai tabiat kemagnetan. Molekul di dalam benda mengandungi 2 kutub, utara dan selatan. Dalam keadaan bukan magnet, kedudukan molekul tidak teratur. Hasilnya, molekul yang mempunyai kutub utara dan selatan akan bertindak menjadi neutral. Bagi bahan-bahan yang sudah dimagnetkan, didapati molekulnya teratur dan tersusun. Molekulnya menuju 1 arah dan menghasilkan 2 kutub di kedua-dua hujung bahan tersebut iaitu kutub utara dan kutub selatan.

No. Kod

Muka : 38 Drp: 43

KUTUB MAGNET Jika sebatang magnet dimasukkan ke dalam serbuk besi, kita akan dapati 2 bahagian hujung magnet tersebut menarik No. Kod serbuk besi dari bahagian tengahnya. Kedua-dua bahagian tersebut dinamakan KUTUB MAGNET. Muka : 39 Drp: 43 lebih banyak Jika magnet digantungkan di udara supaya bergerak bebas, ianya akan menghala ke satu arah yang tertentu iaitu arah kutub utara dan selatan bumi. Bahagian yang menghala ke kutub utara bumi ialah kutub utara magnet dan bahagaian yang menghala ke kutub selatan bumi ialah kutub selatan magnet. Daripada kedua-dua percubaan di atas, kita dapati setiap magnet mempunyai dua kutub iaitu KUTUB UTARA dan KUTUB SELATAN.

SIFAT-SIFAT MAGNET Anda tentu tahu tetapi adakah tahu tentang No. KodDi dalamtentang wujudnya tenaga magnet,antara sifat-sifat anda Muka : 40 sifat-sifat43 terdapat pada Drp: yang magnet? gambarajah di bawah terdapat di medan magnet yang mungkin anda belum tahu : 1. Medan magnet selalu membentuk satu lingkunagn lengkap di bahagian luar mahupun di bahagian dalam bar magnet. 2. Medan magnet yang terhasil mempunyai arah yang tertentu. Bergerak dari kutub utara ke kutub selatan di bahagian luar magnet. Bergerak dari kutub selatan ke kutub utara di bahagian dalam magnet. 3. Garisan medan magnet tidak akan bersilang antara satu sama lain. 4. Apabila 2 bar magnet yang mempunyai kutub yang sama, medan magnet akan menolak. 5. 2 bar magnet yang mempunyai kutub yang berlainan, medan magnet akan menarik .

KEKESANAN ARUS TERHADAP MEDAN MAGNET Sebagaimana yang diketahui, jika arus mengalir ke dalam gelung, medan magnet akan terhasil disekeliling gelung tersebut. Kekuatan medan magnet yang dihasilkan adalah berkadar terus pada jumlah arus yang mengalir di dalam gelung. Jika arus meningkat, kekuatan medan magnet juga akan meningkat. Begitulah juga sebaliknya. Sebagai contoh, jika I amp arus mengalir ke dalam gelung meningkat ke I.6 amp, kekuatan medan magnet juga bertambah kuat dari arus yang mengalir I amp tadi.

No. Kod

Muka : 41 Drp: 43

Sekarang katakan satu piring dilekatkan pada bar besi untuk mengawal gerak besi. Medan magnet mestilah cukup kuat untuk menarik ketegangan spring. Oleh itu apabila jumlah arus yang mengalir meningkat, medan magnet juga bertambah kuat, maka besi ditarik lebih dalam ke dalam gelung. Proses ini juga berlaku pada prinsip asas menolak (gelung bergerak). Kesimpulannya, semua meter arus elektro magnet beroperasi atas kekuatan medan magnet. Dalam gambarajah (1), dengan memasang penunjuk pada batang besi dan diadakan scale, kuantiti arus dapat diukur kerana arus berkadar terus pada jarak batang besi bergerak. Dalam gambarajah (2), apabila pengaliran arus meningkat, kekuatan medan magnet juga meningkat menjadi bertambah kuat menyebabkan batang besi ditarik lebih hampir pada gelung.

Rajah 1

Rajah 2

No. Kod

Muka : 42 Drp: 43

No. Kod

Muka : 43 Drp: 43