Rangkaian Daya PDF

Preview

Summary

RANGKAIAN DAYA Teknik Elektro OLEH : NAMA : Ibnu Fadilah NIM : 1111825002 FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO INSTITUT TEKNOLOGI INDONESIA BANTEN 2019 KATA PENGANTAR Puji syukur saya panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat serta karunia-Nya kepada saya sehingga kami berha...

Description

RANGKAIAN DAYA Teknik Elektro

OLEH :

NAMA : Ibnu Fadilah NIM : 1111825002

FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO INSTITUT TEKNOLOGI INDONESIA BANTEN 2019

KATA PENGANTAR

Puji syukur saya panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat serta karunia-Nya kepada saya sehingga kami berhasil menyelesaikan Makalah ini yang Alhamdulillah tepat pada waktunya yang berjudul “ Rangkaian Daya“.

Makalah ini berisikan tentang informasi rangkaian daya dan di susun berdasarkan hasil pencarian di berbagai sumber. Saya menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu kritik dan saran dari semua pihak yang bersifat membangun selalu saya harapkan demi perbaikan makalah ini. Dengan selesainya makalah ini, saya mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnyakepada Bapak Matsuani selaku Dosen Mata Kuliah Fisika 2. Semoga makalah ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca dan penulis pada khususnya, Semoga Allah SWT selalu meridhai segala usaha kita. Amin.

Banten 25 Maret, 2019

Ibnu Fadilah

i

Daftar Isi KATA PENGANTAR …………………………………………………………………………… i DAFTAR ISI ……………………………………………………….............................................. ii BAB I PENDAHULUAN ……………………………………………………………………….. 1 1.1. Latar Belakang…………………………………………………………………………… 1 1.2. Rumusan Masalah…………………………………………....……………………………1 1.3. Manfaat Penulisan……………………………………..…………………………………. 1 1.4 Tujuan Penulisan…………………………………………………………………………. 2 BAB II LANDASAN TEORI ………………………………………............................................ 3 2.1. Pengertian Daya Dan Satuan (Unit)…..…………………….............................................. 3 2.2. Macam – Macam Daya Listrik………………………………............................................. 3 2.2.1 Daya Nyata………………………………………………………………...…... 4 2.2.2 Daya Reaktif………………..……………………………………………...…... 5 2.2.3 Daya Semu.………………………………………………………………...…... 8 2.3. Komponen Dan Fungsinya Pada Rangkaian Daya Listrik…….…..………...…………... 11 2.3.1 Komponen Mekanik (Prime Mover)………………………………………….. 11 2.3.2 Komponen Elektrik……………………………………..………………...…... 12 2.4. Keuntungan Dan Kerugian Menggunakan Generator Dan Turbnin……..……………… 14 2.4.1 Genertaor Diesel……………………………………………………………… 14 2.4.2 Turbin……………………………………………………...…………………. 16 BAB III PEMBAHASAN……………………………………………..………………………... 18 3.1. Rangkaian Daya …………………………...………..………..…………………………. 18 3.2. Cara Menghitung Kapasitas Dan Pemakaian Daya Listrik Dirumah..………………….. 22 3.3. Contoh Perhitungan Mengenai Rangkaian Daya…………………....………………….. 25 BAB IV PENUTUP……………………………………………………………………………... 32 4.1. Kesimpulan………………………………………………………………………….…… 32 4.2. Saran…………………………………………………………………………….……….. 32 DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………………………………... 34

ii

BAB I PENDAHULUAN 1.1

Latar Belakang Dalam kehidupan sehari – hari hidup kita tidak pernah terlepas dari penggunaan alat

elektronik. Seperti untuk memasak nasi kita menggunakan magic jar, untuk menyetrika kita menggunakan iron atau setrikaan, untuk menerangi malam pun kita menggunakan lampu dan sebagainya dimana alat tersebut merupakan alat elektronik. Pada umumnya kita tahu bahwa untuk mengaktifkan alat elektronik tersebut dibutuhkan suatu daya. Daya merupakan banyaknya energi atau tenaga yang harus dilakukan dari satu objek ke objek lain sehingga menghasilkan pemindahan. Sehingga dapat kita simpulkan daya merupakan proses perpindahan energi atau tenaga terhadap objek lain. Selain pada alat elektronik, daya juga terjadi pada banyak hal dalam kehidupan sehari – hari kita, seperti pada sepeda motor dimana output daya yang dihasilkan merupakan produk dari torsi yang digerakan oleh gear dan dynamo dan juga crank shaft. Daya juga dibutuhkan disaat kita ingin mendorong atau mengangkat suatu hal contohnya saat mobil mogok, berbelanja menggunakan cart, olahraga digym dimana kita hendak mengangkat beban dan sebagainya. Terlepas dari contoh dibutuhkannya daya dalam kehidupan sehari - hari, dalam makalah ini akan coba dijelaskan bagaimana contoh dari suatu rangkaian daya, bagaimana rangkaian daya bekerja, apa komponen utama dalam menghasilkan daya pada rangkaian daya elektrik.

1.2

Rumusan Masalah 1. Apa itu rangkaian daya? 2. Bagaimana rangkaian daya listrik bekerja? 3. Apa komponen untuk menghasilkan daya listrik? 4. Bagaimana cara menghitung penggunaan daya listrik yang digunakan dirumah?

1.3

Manfaat Penulisan Manfaat pembuatan makalah ini adalah dapat digunakan pada kehidupan sehari –hari dan

juga bidang pendidikan maupun di bidang penelitian-penelitan

1

1.4

Tujuan 1. Mengetahui bagaimana definisi daya dan rangkaian daya listrik 2. Mengetahui bagaimana prinsip kerja rangkaian daya listrik 3. Mengetahui komponen - komponen pada rangkaian daya listrik 4. Mengetahui jenis – jenis atau macam – macam daya listrik 5. Dapat menghitung daya yang digunakan dalam kehidupan sehari - hari

2

BAB II LANDASAN TEORI 2.1

Pengertian Daya Dan Satuan (Unit) Daya merupakan banyaknya energi atau tenaga yang harus dilakukan dari satu objek ke

objek lain sehingga menghasilkan pemindahan. Satuan SI daya listrik adalah watt yang menyatakan banyaknya usaha per satuan waktu (seimbang dengan joule/s).

Satuan watt berasal dari nama James Watt sebagai bentuk penghormatan atas dedikasinya dalam penemuan mesin uap dan konsep dari daya setelahnya. Daya merupakan cara baru untuk membandingkan mesin yang dia desain saat itu untuk menggantikan kuda yang dulu banyak dipakai. Selain watt, satuan daya yang umum dipakai adalah ergs (erg/s), horsepower (hp), metric horsepower (Pferdestärke (PS) or cheval vapeur (CV)) dan foot-pounds/minute. 1 horsepower setara dengan 33.000 foot-pounds/minute, atau daya yang dibutuhkan untuk mengangkat 550 pon dengan satu kaki dalam satu detik, dan setara dengan sekitar 746 watt. Satuan lain termasuk dbm, pengukuran logaritmis berhubungan dengan 1 miliwatt, food calories per hour (sering dihubungkan sebagai kilokalori per jam), dan BTU per hour (BTU/h). Sedangkan rangkaian daya listrik itu sendiri merupakan suatu rangkaian yang merupakan sambungan dari bermacam – macam elemen mesin seperti Mesin Diesel atau Turbin dan juga elemen listrik seperti Generator dan Transformator dari sumber daya seperti air, panas bumi, angin dan sebagainya sehingga menghasilkan output daya listrik yang diinginkan.

2.2

Macam – macam daya listrik Jika dilihat terhadap output terdapat dua jenis daya listrik yaitu daya listrik AC (Alternating

Current) dan daya listrik DC (Direct Current), dimana daya pada rangkaian listrik DC digunakan untuk komponen – komponen elektronika sedangkan daya pada rangkaian listrik AC digunkana untuk perangkat elektronik pada umum nya. Perbedaan hanyalah pada DC, arus listrik AC disearahkan dengan menggunakan perangkat seperti adaptor sehingga dapat kompatibel dengan rangkaian pada komponen elektronika. 3

Contoh Arus Searah Dan Arus Bolak – Balik Pada Rangkaian Selain itu jika dilihat pada rangkaian listrik dapat kita identifikasi terdapat 3 jenis daya listrik yaitu, Daya Nyata, Daya Semu dan Daya Reaktif. 2.2.1 Daya Nyata Secara sederhana, daya nyata adalah daya yang dibutuhkan oleh beban resistif. Daya nyata menunjukkan adanya aliran energi listrik dari pembangkit listrik ke jaringan beban untuk dapat dikonversikan menjadi energi lain. Sebagai contoh, daya nyata yang digunakan untuk menyalakan kompor listrik. Energi listrik yang mengalir dari jaringan dan masuk ke kompor listrik, dikonversikan menjadi energi panas oleh elemen pemanas kompor tersebut. Daya listrik pada arus listrik DC, dirumuskan sebagai perkalian arus listrik dengan tegangan. P=IxV Namun pada listrik AC perhitungan daya menjadi sedikit berbeda karena melibatkan faktor daya (cos ∅). P = I x V x cos ∅ Untuk lebih jelasnya mari kita perhatikan grafik sinusoidal berikut

4

Gelombang Arus, Tegangan, dan Daya Listrik AC Grafik di atas adalah grafik gelombang listrik AC dengan beban murni resistif. Nampak bahwa gelombang arus dan tegangan berada pada fase yang sama (0°) dan tidak ada yang saling mendahului seperti pada beban induktif dan kapasitif. Dengan kata lain nilai dari faktor daya (cos ∅) adalah 1. Sehingga dengan menggunakan rumus daya di atas maka nilai dari daya listrik pada satu titik posisi jaringan tertentu memiliki nilai yang selalu positif serta membentuk gelombang seperti pada gambar tersebut. Nilai daya yang selalu positif ini menunjukkan bahwa 100% daya mengalir ke arah beban listrik dan tidak ada aliran balik ke arah pembangkit. Inilah daya nyata, daya yang murni diserap oleh beban resistif, daya yang menandai adanya energi listrik terkonversi menjadi energi lain pada beban resistif. Daya nyata secara efektif menghasilkan kerja yang nyata di sisi beban listrik.

2.2.2 Daya Reaktif Daya reaktif menjadi tema bahasan yang dianggap cukup sulit bagi sebagian orang. Berbagai bentuk ilustrasi dan pengandaian digunakan untuk memudahkan kita memahami daya reaktif. Kali ini kita akan membahas daya reaktif menggunakan dua pendekatan, yakni pendekatan sederhana dan pendekatan ilmiah. Kita akan cukup dalam membahas daya reaktif secara ilmiah agar kita memahaminya dengan lebih total dan ‘menancap’ di kepala kita

5

Secara sederhana, daya reaktif adalah daya yang dibutuhkan untuk membangkitkan medan magnet di kumparan-kumparan beban induktif. Seperti pada motor listrik induksi misalnya, medan magnet yang dibangkitkan oleh daya reaktif di kumparan stator berfungsi untuk menginduksi rotor sehingga tercipta medan magnet induksi pada komponen rotor. Pada trafo, daya reaktif berfungsi untuk membangkitkan medan magnet pada kumparan primer, sehingga medan magnet primer tersebut menginduksi kumparan sekunder. Daya reaktif diserap oleh beban-beban induktif, namun justru dihasilkan oleh beban kapasitif. Peralatan-peralatan kapasitif seperti lampu neon, bank kapasitor, bersifat menghasilkan daya reaktif ini. Daya reaktif juga ditanggung oleh pembangkit listrik. Nampak pada ilustrasi di atas bahwa pada gambar pertama daya reaktif yang dibutuhkan oleh motor listrik disupply oleh sistem pembangkit (utility). Sedangkan pada gambar kedua, kebutuhan daya reaktif dicukupi oleh kapasitor, sehingga daya total yang ditanggung oleh jaringan listrik berkurang.

Ilustrasi Daya Reaktif Satuan daya reaktif adalah volt-ampere reactive dan disingkat dengan var. Mengapa satuan daya reaktif adalah var dan bukannya watt, disinilah bahasan mendalam mengenai daya reaktif kita butuhkan. Daya reaktif, sebenarnya bukanlah sebuah daya yang sesungguhnya. Sesuai dengan definisi dari daya listrik yang telah kita singgung di atas, bahwa daya listrik merupakan bilangan yang menunjukkan adanya perpindahan energi listrik dari sumber energi listrik (pembangkit) ke komponen beban listrik. Daya reaktif tidak menunjukkan adanya perpindahan energi listrik, daya

6

nyata-lah yang menjadi bilangan penunjuk adanya perpindahan energi listrik. Lalu, apa sebenarnya yang dimaksud dengan daya reaktif? Daya reaktif adalah daya imajiner yang menunjukkan adanya pergeseran grafik sinusoidal arus dan tegangan listrik AC akibat adanya beban reaktif. Daya reaktif memiliki fungsi yang sama dengan faktor daya atau juga bilangan cos Ø. Daya reaktif ataupun faktor daya akan memiliki nilai (≠0) jika terjadi pergeseran grafik sinusoidal tegangan ataupun arus listrik AC, yakni pada saat beban listrik AC bersifat induktif ataupun kapasitif. Sedangkan jika beban listrik AC bersifat murni resistif, maka nilai dari daya reaktif akan nol (=0). Sekalipun daya reaktif hanya merupakan daya ‘khayalan’, pengendalian daya reaktif pada sistem jaringan distribusi listrik AC sangat penting untuk diperhatikan. Hal ini tidak lepas dari pengaruh beban reaktif terhadap kondisi jaringan listrik AC. Beban kapasitif yang bersifat menyimpan tegangan sementara, cenderung mengakibatkan nilai tegangan jaringan menjadi lebih tinggi daripada yang seharusnya. Sedangkan beban induktif yang bersifat menyerap arus listrik, cenderung membuat tegangan listrik jaringan turun. Berubah-ubahnya tegangan listrik jaringan tersebut sangat mengganggu proses distribusi energi listrik dari pembangkit ke konsumen. Perubahan tegangan jaringan berkaitan langsung dengan kerugian-kerugian distribusi listrik seperti kerugian panas dan emisi elektromagnetik yang terbentuk sepanjang jaringan distribusi. Semakin jauh nilai tegangan jaringan dari angka yang seharusnya, akan semakin besar kerugian distribusi listriknya dan akan semakin mengganggu proses distribusi daya nyata listrik. Di sinilah peran kontrol daya reaktif jaringan listrik sangat perlu diperhatikan.

Kapasitor Bank Jaringan Listrik 7

Beban induktif, yang dominan terjadi di siang hari, dapat dikompensasi dengan dua cara. Cara pertama adalah digunakannya bank kapasitor sehingga penurunan tegangan listrik jaringan akibat beban induktif dapat dikompensasi oleh kapasitor. Cara kedua adalah dengan menaikkan tegangan listrik keluaran generator pembangkit dengan jalan menaikkan arus eksitasi generator, sehingga tegangan keluaran generator naik.

Contoh Rangkaian Pengkompensasi Beban AC Jaringan Kompensasi juga dilakukan jika beban jaringan bersifat kapasitif sehingga menyebabkan tegangan jaringan melebihi nilai normalnya. Generator akan menurunkan tegangan keluarannya dengan jalan mengurangi arus eksitasi. Penggunaan inductor bank juga digunakan untuk meredam kenaikan tegangan jaringan agar tidak melampaui batas. 2.2.3

Daya Semu Daya semu atau daya total (S), ataupun juga dikenal dalam Bahasa Inggris Apparent Power,

adalah hasil perkalian antara tegangan efektif (root-mean-square) dengan arus efektif (root-meansquare). S = VRMS x IRMS 8

Tegangan RMS (VRMS) adalah nilai tegangan listrik AC yang akan menghasilkan daya yang sama dengan daya listrik DC ekuivalen pada suatu beban resistif yang sama. Pengertian tersebut juga berlaku pada arus RMS. 220 volt tegangan listrik rumah kita adalah tegangan RMS (tegangan efektif). Secara sederhana, 220 volt tersebut adalah 0,707 bagian dari tegangan maksimum sinusoidal AC. Berikut adalah rumus sederhana perhitungan tegangan RMS: 𝑉𝑅𝑀𝑆 =

𝑉𝑀𝐴𝑋 √2

Demikian pula dengan rumus perhitungan arus RMS: 𝐼𝑅𝑀𝑆 =

𝐼𝑀𝐴𝑋 √2

Dimana Vmax dan Imax adalah nilai tegangan maupun arus listrik pada titik tertinggi di grafik gelombang sinusoidal listrik AC.

Nilai Tegangan RMS pada Grafik Sinusoidal Tegangan Listrik AC Pada kondisi beban resistif dimana tidak terjadi pergeseran grafik sinusoidal arus maupun tegangan, keseluruhan daya total akan tersalurkan ke beban listrik sebagai daya nyata. Dapat dikatakan jika beban listrik bersifat resistif, maka nilai daya semu (S) adalah sama dengan daya nyata (P). Lain halnya jika beban jaringan bersifat induktif ataupun kapasitif (beban reaktif), nilai dari daya nyata akan menjadi sebesar cos Ø dari daya total. 9

P = S cos Ø P = VRMS IRMS cos Ø Ø adalah besar sudut pergeseran nilai arus maupun tegangan pada grafik sinusoidal listrik AC. Øbernilai positif jika grafik arus tertinggal tegangan (beban induktif), dan akan bernilai negatif jika arus mendahului tegangan (beban kapasitif). Pada kondisi beban reaktif, sebagian daya nyata juga terkonversi sebagai daya reaktif untuk mengkompensasi adanya beban reaktif tersebut. Nilai dari dari daya reaktif (Q) adalah sebesar sin Ødari daya total. Q = S sin Ø Q = VRMS IRMS sin Ø Hubungan antara daya nyata, daya reaktif dan daya semu dapat diilustrasikan ke dalam sebuah segitiga siku-siku dengan sisi miring sebagai daya semu, salah satu sisi siku sebagai daya nyata, dan sisi siku lainnya sebagai daya reaktif.

Segitiga Daya Sesuai dengan hubungan segitiga di atas maka hubungan antara daya nyata, daya reaktif dan daya semu dapat diekspresikan ke dalam sebuah persamaan pitagoras. 𝑃2 + 𝑄2 = 𝑆 2

10

2.3

Komponen Dan Fungsinya Pada Rangkaian Daya Listrik Seperti yang sudah kita ketahui daya listrik merupakan output dari konversi energi yang

ada pada alam. Bagaimana lisrik bisa mengalir kerumah – rumah, perkantoran, rumah sakit, sekolah dan lainnya merupakan proses distribusi dari sebuah Pembangkit Tenaga Listrik. Pembangkit Tenaga Listrik adalah salah satu bagian dari sistem tenaga listrik. Pembangkit Tenaga Listrik terdapat peralatan elektrikal, mekanikal, dan bangunan kerja. Terdapat juga komponen komponen utama pembangkitan yaitu generator, turbin yang berfungsi untuk mengkonversi energi (potensi) mekanik menjadi energi (potensi) listrik. Untuk mengahsilkan daya, Pembangkit Tenaga Listrik memiliki beberapa komponen komponen yang memiliki fungsi masing – masing. Berikut adalah komponen – komponen yang dimaksud. 2.3.1 Komponen Mekanik (Prime Mover) 

Mesin Diesel

Pembangkit Listrik Tenaga Diesel PLTD ialah Pembangkit listrik yang menggunakan mesin diesel sebagai penggerak mula (Prime Mover). Prime mover merupakan peralatan yang mempunyai fungsi menghasilkan energi mekanis yang diperlukan untuk memutar rotor generator. Mesin diesel sebagai penggerak mula PLTD berfungsi menghasilkan tenaga mekanis yang dipergunakan untuk memutar rotor generator. Pada PLT lain juga digunakan Prime Over lain dalam hal ini Turbin. 

Turbin (air, uap, gas)

Turbin adalah suatu alat atau mesin penggerak mula, di mana energi fluida kerja yang langsung dipergunakan untuk memutar roda turbin melalui nosel diteruskan kesudu-sudunya. Jadi, berbeda dengan yang terjadi pada mesin torak, pada turbin tidak terdapat bagian mesin yang bergerak translasi. Bagian turbin yang berputar dinamai rotor atau roda turbin, sedangkan bagian yang tidak berputar dinamai stator atau rumah turbin. Roda turbin terletak di dalam rumah turbin dan roda turbin memutar poros daya yang menggerakkan atau memutar bebannya (generator listrik, pompa, kompresor, baling-baling atau mesin lainnya).

11

2.3.2 Komponen Listrik 

Generator Dan Perlengkapannya.

Generator merupakan alat yang mampu menghasilkan energi listrik yang bersumber kepada energi mekanik dan umumnya menggunakan induksi elektromagnetik. Sumber energi mekanik sendiri bisa berasal dari resiprokat ataupun turbin. Prinsip kerja generator sangatlah sederhana yaitu kumparan jangkar yang memotong medan

pada magnet yang dihasilkan

kumparan medan akan menimbulkan gerak gaya listrik terhadap kumparan jangkar. Cara kerja generator yang utama adalah adanya medan magnet dan pemotong medan magnet. Generator listrik mempunyai 2 macam jenis yaitu generator listrik AC dan generator listrik DC. Generator listrik AC mempunyai dua kutub stator sehingga apabila kutub-kutub magnet yang berlawanan dihadapkan maka akan menimbulkan sebuah medan magnet. Sedangkan generator listrik DC mempunyai komulator sehingga arus listrik yang akan dihasilkan berupa arus listrik DC sekalipun sumbernya berupa arus listrik AC. Adapun alat yang mampu mengkonverter arus listrik searah (DC) menjadi arus listrik AC yaitu inverter listrik.

Generator AC dan Genrator DC 

Transformator Dan Perlengkapannya

Transformator atau sering disingkat dengan istilah Trafo adalah suatu alat listrik yang dapat mengubah taraf suatu tegangan AC ke taraf yang lain. Maksud dari pengubahan taraf tersebut diantaranya seperti menurunkan Tegangan AC dari 220VAC ke 12 VAC ataupun menaikkan Tegangan dari 110VAC ke 220 VAC. Transformator atau Trafo ini bekerja berdasarkan prinsip 12

Induksi Elektromagnet dan hanya dapat bekerja pada tegangan yang berarus bolak balik (AC).Transformator (Trafo) memegang peranan yang sangat penting dalam pendistribusian tenaga listrik. Transformator menaikan listrik yang berasal dari pembangkit listrik PLN hingga ratusan kilo Volt untuk di distribusikan, dan kemudian Transformator lainnya menurunkan tegangan listrik tersebut ke tegangan yang diperlukan oleh setiap rumah tangga maupun perkantoran yang pada umumnya menggunakan Tegan...