TEORI DASAR LISTRIK

PELATIHAN OPERATOR GARDU INDUK.

LISTRIK STATIS

ADALAH GEJALA YANG DIAKIBATKAN OLEH ADANYA ATAU GERAK DARI MUATAN-MUATAN (ELECTRON-ELEKTRON ATAU ION-ION) YANG MENIMBULKAN GAYA LISTRIK

STRUKTUR ATOM•ATOMADALAH BENDA YANG TIDAK BISA DIBAGI LAGI, TETAPI MEMPUNYAI STRUKTUR DALAM YANG KOMPLEKS, YANG TERSUSUN DARI BERBAGAI PARTIKEL YANG LEBIH KECIL (PARTIKEL SUBATOMIK) DAN BANYAK RUANG KOSONG.

ARUS LISTRIK• ADALAH LAJU ALIRAN MUATAN LISTRIK. DALAM KONDUKTOR LOGAM,

MUATAN YANG MENGALIR TERDIRI DARI ELETRON-ELEKTRON (PARTIKEL BERMUATAN NEGATIF), DAN ALIRAN INI TERJADI KERENA DALAM MEDAN LISTRIK ADA PERBEDAAN POTENSIAL ANTARA DUA TEMPAT. KARENA ITU BEDA POTENSIAL DIPERLUKAN UNTUK MENGHASILKAN ARUS LISTRIK. RANGKAIAN ADALAH LOOP TERTUTUP,TERSUSUN DARI SUMBER BEDA POTENSIAL, DAN SATU ATAU LEBIH KOMPONEN, DIMANA ARUS MENGALIR.

ARUS LISTRIK

• adalah mengalirnya electron secara kontinyu pada konduktor akibat perbedaan jumlah electron pada beberapa lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama. satuan arus listrik adalah Ampere.

• 1 ampere arus adalah mengalirnya electron sebanyak 628x1016 atau sama dengan 1 Coulumb per detik meliwati suatu penampang konduktor.

amperet

qi

Kuat Arus Listrik.

• Difinisi : Amper adalah satuan kuat arus listrik yang dapat memisahkan 1,118 milligram perak dari nitrat perak murni dalam satu detik.

• Rumus – rumus untuk menghitung banyaknya muatan listrik, kuat arus dan waktu.

I

Qt

t

QI

tIQ

Rapat Arus.

• Difinisi : rapat arus ialah besarnya arus listrik tiap-tiap mm2 luas penampang kawat

• Rumus-rumus dibawah ini untuk menghitung besarnya rapat arus, kuat arus dan penampang kawat.

S

Iq

SqI

q

IS

Dimana : S = Rapat arus [ A/mm²] I = Kuat arus [ Amp] q = luas penampang kawat [ mm²]

Tahanan

•Tahanan difinisikan sbb :

1 (satu Ohm / Ω) adalah tahanan satu kolom air raksa yang panjangnya 1063 mm dengan penampang 1 mm² pada temperatur 0º C.

Daya hantar

• didifinisikan sbb : Kemampuan penghantar arus atau daya hantar arus

sedangkan penyekat atau isolasi adalah suatu bahan yang mempunyai tahanan yang besar sekali sehingga tidak mempunyai daya hantar atau daya hantarnya kecil yang berarti sangat sulit dialiri arus listrik.

• Rumus untuk menghitung besarnya tahanan listrik terhadap daya hantar arus.

Tahanan kawat konduktor

• Tahanan pengahantar besarnya berbanding terbalik terhadap luas penampangnya.

• Bila suatu penghantar dengan panjang l , dan penampang q serta tahanan jenis (rho), maka tahanan penghantar tersebut adalah :

qR

Dimana : R = tahanan kawat [ Ω/ohm] ℓ = panjang kawat [meter/m] ρ = tahanan jenis kawat [Ωmm²/meter] q = penampang kawat [mm²]

POTENSIALSEBUAH MUATAN ATAU KUMPULAN MUATAN MENIMBULKAN MEDAN LISTRIK, YAITU MEDAN GAYA DIMANA PARTIKEL-PARTIKEL BERMUATAN MENGALAMI GAYA LISTRIK. KUAT MEDAN DISUATU TITIK ADALAH GAYA PERSATUAN MUATAN POSITIP DITITIK TSB, DAN ARAHNYA ADALAH ARAH GAYA PADA MUATAN POSITIP TERSEBUT. BENDA BERMUATAN DALAM MEDAN LISTRIK MEMPUNYAI ENERGI POTENSIAL KARENA MUATAN DAN KEDUDUKAN BENDA TERSEBUT.POTENSIAL ITU SENDIRI ADALAH SIFAT DARI MEDAN.

HUKUM OHM.

RSumber tegangan

E

V

I =

R

V

R

I Daya (P) :

P = I x V

P = I x I x R

P = I2 x R

R

I =

V

I

R =

V E

HUKUM KIRCHOFF :

PADA SETIAP RANGKAIAN LISTRIK, JUMLAHALJABAR DARI ARUS-ARUS YANG BERTEMU

DI SATU TITIK ADALAH NOL.

HUKUM KIRCHOFF

I1

I4

I2

I5

I3

Jadi :

I1 + (-I2 ) + ( -I3 ) + I4 + ( -I5 ) = 0

I1 + I4 = I2 + I3 + I5

MAGNETSEMUA MAGNET MEMPUNYAI MEDAN MAGNETIK DISEKITARNYA, DAN GAYA MAGNETIK TIMBUL DIANTARA DUA MAGNET KARENA INTERAKSI DARI MEDAN-MEDAN TERSEBUT. BAHAN YANG DAPAT TERMAGNETISASI (DAPAT MENJADI MAGNET) DIISTILAHKAN SEBAGAI MAGNETIK DAN TERMAGNETISASI SAAT DITEMPATKAN DALAM MEDAN MAGNETIK. GERAK DARI MUATAN (BIASANYA ELEKTRON-ELEKTRON) JUGA MENIMBULKAN MEDAN MAGNETIK.

MEDAN MAGNET

• ADALAH DAERAH DISEKITAR MAGNET DIMANA SUATU BENDA MASIH TERPENGARUHI OLEH GAYA MAGNETIK. BESAR DAN ARAH MEDAN MAGNETIK DIPERLIHATKAN DENGAN GARIS-GARIS MEDAN MAGNETIK ATAU FLUKS

GEM (GAYA ELEKTROMOTORIS)

Bila sebatang penghantar digerakan sedemikian rupa didalam medan magnet, hingga garis-garis medan magnet terpotong bebas didalam penghantar akan bekerja gaya, yang menggerakan elektron tersebut sejurus dengan arah penghantar. Akibatnya ialah penumpukan elektron (pembawa muatan negatip) disebelah bawah dan kekurangan elektron yang sebanding diujung batang sebelah atas. Didalam batang penghantar terjadi tegangan, selama berlangsungnya gerakan penghantar didalam medan magnet.

Prinsip dasar induksi

Induksi magnet (B)

v

l

E = B.l.vE = voltB = Vdet/m2

V = m/detL = m

s

u

Gerak elektromotoris

u

s

u

s

u

s

u

s

u

s

90 180

270 360

Membangkitkan tegangan dengan bantuan medan magnet dinamakan menginduksikan, dan kejadian itu sendiri dinamakan induksi tegangan

E = t

Tegangan maksimum dan efektif

E maks

Luas bidang sama besarE maks = nilai tertinggi sesaat

E eff = harga rata tegangan perperiodeEeff

Emaks = 2. Eeff

Generator 3 fasa

VoltfKKE DC 44,4

dimana : Kc = jarak antar kumparan atau pitch factor. Kd = faktor distribusi. = fluks per kutub [weber] f = frekwensi.

3 phasa

u

s

Phasa 1

Phasa 2

Phasa 3

DIAGRAM VEKTOR

Vm

Vm

VI

t = 0

+v-

V+V.sin (t+v)

GELOMBANG SINUSOIDA 3 FASA

arus bertambah pada

Peruba han

positip

Perubahan

negatif

arus bertambah pada arah positif

arus berkurang pada arah positif

arah negatif

arus berkurang arah negatif

I +

I -

O t / s

6Oº 12Oº

TIGA FASA

R

ST

a

o

RT

32

32

1

4

3

2

11

22

22

ROaOTR

Oa

aROROa

NILAI-NILAI ARUS BOLAK-BALIK

• Nilai sesaat (Instantaneous value).

• Nilai Puncak (peak value).

• Nilai rata-rata (average value).

• Nilai efektip, (effectiv value)

FREKUENSI DAN PERIODE ARUS BOLAK-BALIK

• FREKUENSI SISTEM

Amplitudo

1 Perubahan

Perubahan

positip

Perubahannegatip

Waktu ( T )

Harga sesaat

I

+

_

t/s

I

ω = 2π f

PLTA : Pusat Listrik Pembangkit Air.

PLTU : Pusat Listrik Pembangkit Uap

PLTGU. Pusat Listrik Tenaga Gas dan Uap.

PLTG : Pusat Listrik Pembangkit Gas.

PLTP : Pusat Listrik Pembangkit Panas Bumi

Tahanan Ohm (Resistansi) didalam Rangkaian Arus Bolak-Balik.

• arus efektifnya adalah : I = E/R

AC

R

iR

0 R I E

11E

Tahanan Induktif.

• ARUS INDUKTIF

AC

L

XL

IL

EmILm

0

e

iL

t

90º

LL X

E

L

EI

Reaktansi Kapasitip. (Tahanan Kapasitip).

• ARUS KAPASITIF

EmILm

0

e

iL

t

90º

0 E

jIC

M

-jX

C

∞

IC

XC

C

E

Ic =.E/xc Xc= 1/ωC

Hubungan deret gulungan induksi dengan tahanan ohm.

E

R

AC

L

XL

IL

LxjR Zs

ZS jXL

Rφ

IE jIEL

jIRφ

Hububgan deret dari Kapasitor dan Tahanan Ohm.

AC

EC ER

C

XC

R

E

-jXC

ZS

R

φ

222

22

1

CR

EI

atau

XR

EI

Z

EI

C

S

Hubungan deret antara sebuah Capasitor dengan Induktor.

AC

EC EL

C

XC

L

E

CLIE

CL

EI

maka

CLjjX

jXXXjXjXj

XjI

EjdanXj

I

Ej

CLCL

CC

LL

1

1

:

1

Hubungan antara tahanan Reaktansi, Induktif dan Capasitor.

AC

EC EL

C

XC

L

E

ER

R

22

22

1

:

1

:

1

CLR

E

Z

EI

Maka

CLRZ

adalahimpedansiModulusnya

CLjRZ

XXjRZ

S

S

S

CLS

Daya Listrik Arus Bolak-Balik.

P= E x I

P (W) = e x iP (W) = Em. sinωt x Im. sinωtP (W) = Em. Im. sin2ωt

0

AB

C

e

iIm

Em

Im.Em

2

Wm

w=e.i

a

b

c

d

e

T

I E W=E.I

tIE

WP

IEWP

mm

Mm

2cos2

2

12cos.

2

12cossin

.

2

Daya Listrik Arus Bolak-Balik.

Daya Listrik Arus Bolak-Balik.

0

AB

C

e

i

Im.Em

2

t

T

I E W=E.I

)(

:

)(

:22

:2

jouletIEA

listrikusahasedangkan

WattIEWP

maka

EEdan

II

dengansama

EIBC

mm

mm

Kuat Arus dan Daya Listrik Semu

0

90º

B E

e

iIm

Em

Im.Em

2

w=e.i

C

T

D

2

.. mm EIIE

Daya Aktif atau daya nyata (Watt)

Tenaga Watt (W) = E x I x cos φ.

Cos φ (dibaca cosinus phi) dinamakan factor kerja (Power factor).

Daya Reaktif. (VAR).

Tenaga reaktif (VAR) = E x I x sin φ.

Segi tiga daya

watt

var

va

Eφº

Rugi-rugi listrik.

Z=R+(XL-XC)IL

Drop tegangan pada konduktor ΔE = IL x Z (Volt)Rugi daya = ΔE x I (watt) = I2 x Z (watt)

Z=

R+

(XL-

XC)

IL

Rugi daya = ΔE x I (watt) = I2 x Z (watt)Disebut rugi tembaga (cu), dan juga sebagai rugi beban kosong.

ALAT UKUR LISTRIK

ARUS DAPAT DIDETEKSI DENGAN MENEMPATKAN MAGNET YANG DIGANTUNG DEKAT KAWAT BERARUS DAN MENGAMATI PENYIMPANGAN KAWAT TERSEBUT. HAL INI DAPAT DIKEMBANGKAN UNTUK MENGHASILKAN ALAT (METERAN) YANG DAPAT MENUNJUKKAN PENYIMPANGANNYA PADA SKALA SESUAI DENGAN KEKUATAN ARUSNYA. ALAT PENGUKURAN ARUS INI DAPAT DIUBAH UNTUK MENGUKUR BEDA POTENSIAL.

KESALAHAN BACA ANGKA METER

SEMUA HASIL PENGUKURAN MENGANDUNG KESALAHAN PENGUKURAN,SELAIN DISESBABKAN OLEH KECEROBOHAN (MISALNYA KESALAHAN PEMBACAAN SKALA). KESALAHAN YANG BIASA TERJADI ADALAH KESALAHAN PARALAKS, KESALAHAN NOL DAN KESALAHAN PEMBACAAN. OLEH KARENA ITU, SAAT MENYATAKAAN SUATU HASIL PEMBACAAN, JUMLAH ANGKA PENTING YANG MENUNJUKKAN PERKIRAAN KETELITIAN PEMBACAAN HARUS DINYATAKAN.

Besaran Listrik

Satuan Dasar 10-12 10-9 10-6 10-3 103 106 109

Arus A mA kA

Tegangan V mVolt kV

Tahanan Ω µΩ mΩ kΩ MΩ GΩ

Induktansi H μH mH

Kapasitansi F nF pF µF

Daya semu VA kVA MVA

Daya aktif Watt KW MW GW

Daya reaktif VAR kVAR MVAR

Energi aktif Wh kWh MWh GWh

Energi reaktif VARh kVARh MVARh

Faktor daya - Tidak mempunyai satuan.

Frekuensi Hz kHz MHz

SATUAN TURUNAN

10-6 mikro u

10-3 mili m

103 kilo k

106 mega M

109 giga G

SOAL

• SEBUAH POMPA LISTRIK MEMAKAI ARUS SEBESAR 5 AMPER PADA TEGANGAN 110 VOLT. JARAK ANTARA POMPA DENGAN SUMBER LISTRIK SAMA DENGAN 100 METER. PENAMPANG KAWAT PENGHANTARNYA ADALAH 1,5 MM². TAHANAN JENIS SEBESAR 0,0175 Ω MM²/M. BERAPA BESAR TINGGI TEGANGAN SUMBER LISTRIKNYA ?

SANYOSTOP KONTAK

100 M