tugas FISIKA (pa Josh)

PENDAHULUAN

Dalam suatu rangkaian listrik terdapat komponen-komponen yang berpengaruh seperti resistor, kapasitor, dan transistor yang berfungsi sebagai saklar. Rangkaian listrik terdiri dari rangkaian terbuka dan tertutup. Pada rangkaian tersebut terdapat arus, tegangan, energi dan daya listrik.
Arus listrik yang mengalir dalam rangkaian dengan hambatan listrik menimbulkan kerja. Peranti mengkonversi kerja ini ke dalam berbagai bentuk yang berguna, seperti panas (seperti pada pemanas listrik), cahaya (seperti pada bola lampu), energi kinetik (motor listrik), dan suara (loudspeaker). Listrik dapat diperoleh dari pembangkit listrik atau penyimpan energi seperti baterai.
Daya listrik didefinisikan sebagai laju hantaran energi listrik dalam rangkaian listrik. Satuan SI daya listrik adalah watt.

.














PENGERTIAN DAYA LISTRIK

Daya listrik didefinisikan sebagai laju hantaran energi listrik dalam rangkaian listrik. Daya listrik merepresentasikan laju perubahan energy yang dihasilkan oleh sebuah perangkat listrik, dari satu bentuk nenrgi ke bentuk lainnya. Sebagai contoh, sebuah pemanas ruangans mengubah energy listrik menjadi energy panas. Laju perubahan ini dinyatakan dalam satuan watt.
Setiap pesawat listrik memerlukan energi listrik. Tanpa energi tersebut, pesawat listrik tidak dapat bekerja. Besarnya energi listrik setiap satu satuan Waktu disebut daya listrik. Satuan untuk menyatakan besarnya daya adalah joule/detik. Joule per detik disebut watt disingkat W turunan satuan yang sering digunakan adalah MW, kWdan mV. Contoh, sebuah lampu menggunakan daya listrik 100 W artinya setiap satu detik alat tersebut menggunakan energi sebesar 100 joule.
Arus listrik yang mengalir dalam rangkaian dengan hambatan listrik menimbulkan kerja. Peranti mengkonversi kerja ini ke dalam berbagai bentuk yang berguna, seperti panas (seperti pada pemanas listrik), cahaya (seperti pada bola lampu), energi kinetik (motor listrik), dan suara (loudspeaker). Listrik dapat diperoleh dari pembangkit listrik atau penyimpan energi seperti baterai.
Daya listrik, seperti daya mekanik, dilambangkan oleh huruf P dalam persamaan listrik. Pada rangkaian arus DC, daya listrik sesaat dihitung menggunakan Hukum Joule, sesuai nama fisikawan Britania James Joule, yang pertama kali menunjukkan bahwa energi listrik dapat berubah menjadi energi mekanik, dan sebaliknya.

di mana
P adalah daya (watt atau W)
I adalah arus (ampere atau A)
V adalah perbedaan potensial (volt atau V)
Sebagai contoh:
.
Hukum Joule dapat digabungkan dengan hukum Ohm untuk menghasilkan dua persamaan tambahan

di mana
R adalah hambatan listrik (Ohm atau Ω).
sebagai contoh:

dan


Daya listrik mengalir di manapun medan listrik dan magnet berada di tempat yang sama. Contoh paling sederhana adalah rangkaian listrik, yang sudah dibahas sebelumnya. Dalam kasus umum persamaan P = VI harus diganti dengan perhitungan yang lebih rumit, yaitu integral hasil kali vektor medan listrik dan medan magnet dalam ruang tertentu:

Hasilnya adalah skalar, karena ini adalah integral permukaan dari vektor Poynting
-PERBEDAAN ENERGI DAN DAYA LISTRIK
ENERGI LISTRIK (W)
Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja, dan energy listrik adalah energi yang dipakai (terserap) oleh hambatan R.

W = V I t = V²t/R = I²Rt

Joule = Watt.detik
KWH = Kilo.Watt.jam
DAYA LISTRIK (P)
Daya adalah kecepatan dilakukannya kerja, dan daya listrik berarti energi listrik yang terpakai setiap detiknya.

P = W/t = V I = V²/R = I²R

- Daya pada rangkaian listrik arus searah.

Power atau daya adalah berapa besar gaya yang dapat dilakukan dalam setiap waktu. Daya secara mekanik yang biasa digunakan di amerika adalah menggunakan horsepower. Daya listrik biasanya diberi satuan watt, dan bisa dihitung dengan persamaan P = IE. Daya listrik dihasilkan oleh tegangan dan arus. Horsepower dan watt adalah dua hal yang berbeda namun menjelaskan hal yang sama dalam menjelaskan persamaan fisika, dengan 1 horsepower setara dengan 747,5 watt.

Beberapa bentuk persamaan daya atau biasa disebut dengan hukum joule P = IE , namun dengan persamaan tersebut untuk rangkaian DC kita bisa menghasilkan beberapa persamaan lagi apabila disatukan dengan persamaan pada hukum ohm.

P =IE , hukum joule
E = IR , hukum ohm

Maka akan diperoleh persamaan sbb;
P = IE, apabila E dimasukkan ke persamaan maka akan menghasilkan P = I I R, atau akan menjadi P = I2R,
Dan ketika pada hukum ohm apabila kita hanya mengetahui E dan R saja maka akan didapat persamaan. I = E/R, dan apa bila dimasukkan ke persamaan joule maka akan menjadi P = E/R.xE, atau sama dengan P = E2/R.
Maka akan didapatkan persamaan hasil gabungan antara persamaan joule dan ohm menjadi P = I2R ; P = IE ; P = E2/R , dan untuk daya dengan satuan watt biasa diberi symbol W

-Pengaruh kapasitor terhadap Daya Listrik

Kehidupan modern salah satu cirinya adalah pemakaian energi listrik yang besar. Besarnya energi atau beban listrik yang dipakai ditentukan oleh reaktansi (R), induktansi (L) dan capasitansi (C). Besarnya pemakaian energi listrik itu disebabkan karena banyak dan beraneka ragam peralatan (beban) listrik yang digunakan. Sedangkan beban listrik yang digunakan umumnya bersifat induktif dan kapasitif. Di mana beban induktif (positif) membutuhkan daya reaktif seperti trafo pada rectifier, motor induksi (AC) dan lampu TL, sedang beban kapasitif (negatif) mengeluarkan daya reaktif. Daya reaktif itu merupakan daya tidak berguna sehingga tidak dapat dirubah menjadi tenaga akan tetapi diperlukan untuk proses transmisi energi listrik pada beban. Jadi yang menyebabkan pemborosan energi listrik adalah banyaknya peralatan yang bersifat induktif.
Berarti dalam menggunakan energi listrik ternyata pelanggan tidak hanya dibebani oleh daya aktif (kW) saja tetapi juga daya reaktif (kVAR). Penjumlahan kedua daya itu akan menghasilkan daya nyata yang merupakan daya yang disuplai oleh PLN. Jika nilai daya itu diperbesar yang biasanya dilakukan oleh pelanggan industri maka rugi-rugi daya menjadi besar sedang daya aktif (kW) dan tegangan yang sampai ke konsumen berkurang. Dengan demikian produksi pada industri itu akan menurun hal ini tentunya tidak boleh terjadi untuk itu suplai daya dari PLN harus ditambah berarti penambahan biaya. Karena daya itu P = V.I, maka dengan bertambah besarnya daya berarti terjadi penurunan harga V dan naiknya harga I. Dengan demikian daya aktif, daya reaktif dan daya nyata merupakan suatu kesatuan yang kalau digambarkan seperti segi tiga siku-siku, jadi diperoleh bahwa perbandingan daya aktif (kW) dengan daya nyata (kVA) dapat didefinisikan sebagai faktor daya (pf) atau cos r.
cos r = pf = P (kW) / S (kVA) ........(1) P (kW) = S (kVA) . cos r................(2)
Seperti kita ketahui bahwa harga cos r adalah mulai dari 0 s/d 1. Berarti kondisi terbaik yaitu pada saat harga P (kW) maksimum [ P (kW)=S (kVA) ] atau harga cos r = 1 dan ini disebut juga dengan cos r yang terbaik. Namun dalam kenyataannya harga cos r yang ditentukan oleh PLN sebagai pihak yang mensuplai daya adalah sebesar 0,8. Jadi untuk harga cos r < 0,8 berarti pf dikatakan jelek. Jika pf pelanggan jelek (rendah) maka kapasitas daya aktif (kW) yang dapat digunakan pelanggan akan berkurang. Kapasitas itu akan terus menurun seiring dengan semakin menurunnya pf sistem kelistrikan pelanggan. Akibat menurunnya pf itu maka akan muncul beberapa persoalan sbb:

a. Membesarnya penggunaan daya listrik kWH karena rugi-rugi.
b. Membesarnya penggunaan daya listrik kVAR.
c. Mutu listrik menjadi rendah karena jatuh tegangan.

Secara teoritis sistem dengan pf yang rendah tentunya akan menyebabkan arus yang dibutuhkan dari pensuplai menjadi besar. Hal ini akan menyebabkan rugi-rugi daya (daya reaktif) dan jatuh tegangan menjadi besar. Dengan demikian denda harus dibayar sebabpemakaian daya reaktif meningkat menjadi besar. Denda atau biaya kelebihan daya reaktif dikenakan apabila jumlah pemakaian kVARH yang tercata dalam sebulan lebih tinggi dari 0,62 jumlah kWH pada bulan yang bersangkutan sehingga pf rata-rata kurang dari 0,85. Sedangkan perhitungan kelebihan pemakaian kVARH dalam rupiah menggunakan rumus sbb:

[ B - 0,62 ( A1 + A2 ) ] Hk
Dimana : B = pemakaian k VARH
A1 = pemakaian kWH WPB
A2 = pemakaian kWH LWBP
Hk = harga kelebihan pemakaian kVARH

Untuk memperbesar harga cos r (pf) yang rendah hal yang mudah dilakukan adalah memperkecil sudut r sehingga menjadi r1 berarti r>r1. Sedang untuk memperkecil sudut r itu hal yang mungkin dilakukan adalah memperkecil komponen daya reaktif (kVAR). Berarti komponen daya reaktif yang ada bersifat induktif harus dikurangi dan pengurangan itu bisa dilakukan dengan menambah suatu sumber daya reaktif yaitu berupa kapasitor.
Proses pengurangan itu bisa terjadi karena kedua beban (induktor dan kapasitor) arahnya berlawanan akibatnya daya reaktif menjadi kecil. Bila daya reaktif menjadi kecil sementara daya aktif tetap maka harga pf menjadi besar akibatnya daya nyata (kVA) menjadi kecil sehingga rekening listrik menjadi berkurang. Sedangkan keuntungan lain dengan mengecilnya daya reaktif adalah :
• Mengurangi rugi-rugi daya pada sistem.
• Adanya peningkatan tegangan karena daya meningkat.

- Proses Kerja Kapasitor
Kapasitor yang akan digunakan untuk meperbesar pf dipasang paralel dengan rangkaian beban. Bila rangkaian itu diberi tegangan maka elektron akan mengalir masuk ke kapasitor. Pada saat kapasitor penuh dengan muatan elektron maka tegangan akan berubah. Kemudian elektron akan ke luar dari kapasitor dan mengalir ke dalam rangkaian yang memerlukannya dengan demikian pada saaat itu kapasitor membangkitkan daya reaktif. Bila tegangan yang berubah itu kembali normal (tetap) maka kapasitor akan menyimpan kembali elektron. Pada saat kapasitor mengeluarkan elektron (Ic) berarti sama juga kapasitor menyuplai daya treaktif ke beban. Keran beban bersifat induktif (+) sedangkan daya reaktif bersifat kapasitor (-) akibatnya daya reaktif yang berlaku menjadi kecil.

Rugi-rugi daya sebelum dipasang kapasitor :
Rugi daya aktif = I2 R Watt .............(5)
Rugi daya reaktif = I2 x VAR.........(6)
Rugi-rugi daya sesudah dipasang kapasitor :
Rugi daya aktif = (I2 - Ic2) R Watt ...(7)
Rugi daya reaktif = (I2 - Ic2) x VAR (8)

APLIKASI DAYA LISTRIK
ELEKTRONIKA (Mahardika Setia Kusumawardhani) FACTS sebagai Teknologi Transmisi Listrik Masa Depan Pengoperasian sistim jaringan transmisi daya listrik kini telah memasuki era baru. Dalam tahapan baru ini, transmisi daya listrik tidak hanya akan menjadi lebih terjamin dan lebih terkendali dalam pengaturannya, tetapi juga akan menjadi jauh lebih efisien dalam pemanfaatannya. Peningkatan pesat ke arah pemanfaatan sistim jaringan transmisi listrik secara optimal ini dimungkinkan dengan keberadaan dan semakin dewasanya aplikasi teknologi dibidang elektronika daya pada khususnya dan teknologi semikonduktor pada umumnya. Teknologi kendali terbaru untuk transmisi daya listrik ini populer dengan sebutan FACTS singkatan dari Flexible AC Transmission System dan pertama kali dikembangkan oleh Electric Power Research Institute (EPRI) di Palo Alto negara bagian California di Amerika Serikat.
Pada awal pengembangannya, teknologi FACTS ditujukan untuk menjawab permasalahan dalam peningkatan kapasitas pengaliran daya listrik pada sistim jaringan transmisi dan juga untuk menyediakan peralatan kendali daya listrik yang terpercaya pada jalur transmisi yang diinginkan. Latar belakang Pengendalian sistim daya listrik bolak balik (AC) telah dikenal sebagai hal yang kompleks. Ini disebabkan oleh perubahan secara terus menerus antara medan magnit dan medan listrik. Bergeraknya arus listrik pada satu transmisi tidak hanya dipengaruhi oleh keberadaan tahanan tetapi juga dari induktansi dan kapasitansi di sepanjang transmisi tersebut. Kombinasi dari ketiga hal inilah yang dikenal dengan istilah impedansi. Selain daripada itu, pada jaringan transmisi listrik AC, daya listrik mengalir dari ujung transmisi dengan voltase fasa leading ke ujung yang lain yang bervoltase fasa tertinggal (lagging). Besarnya daya listrik yang mengalir pada suatu transmisi akan bertambah dengan semakin besarnya perbedaan sudut fasa antara kedua voltase tersebut.

* Distribusi daya listrik PLN
Daya listrik PLN (main power) dibangkitkan di stasiun-stasiun pembangkit listrik.
Di Inggris, daya listrik dari perusahaan-perusahaan listrik (di Indonesia hanya ada PLN) didistribusikan ke rumah-rumah, pusat-pusat perkantoran, pertokoan, pabrik-pabrik dan tempat-tempat lainnya melalui apa yang disebut sebagai National Grid ( di Indonesia melalui jaringan distribusi PLN). National Grid adalah suatu jaringan kabel listrik yang meliputi seluruh wilayah negeri. Stasiun-stasiun pembangkit listrik memasok energi listrik ke Grid, besarnya pasokan yang diberikan bergantung pada kebutuhan energi local.
Kabel-kabel yang digunakan di dalam jaringan National Grid memiliki inti konduktor tembaga atau aluminium yang berukuran tebal, sehingga dari segi luas permukaan penghantar tahanan listrik kabel adalah rendah. Akan tetapi kabel-kabel ini membentang sejauh berkilo-kilo meter dan ini menjadikan tahanan listrik kabel secara keseluruhan cukup besar. Ketika arus listrik mengalir melewati kabel timbulah rugi-rugi daya. Sebagian dari energy listrik akan berubah menjadi panas dan terserap ke lingkungan sekitarnya.
Besarnya rugi-rugi daya sebanding dengan nilai kuadrat arus. Untuk menjadikan rugi-rugi daya sekecil mungkin, arus yang digunakan juga harus dipertahankan sekecil mungkin. Untuk suatu jumlah daya tertentu, agar kita dapat menjadikan arus sekecil mungkin maka tegangan yang digunakan haruslah sebesar mungkin.
Energi listrik didistribusikan melalui kabel-kabel daya berteganagn tinggi. Kabel-kabel ini dapat dipasang di bawah tanah atau dibentangkan di atas permukaan tanah dengan dukungan tiang-tiang listrik. Kabel-kabel daya harus dipasang di bawah tanah di daerah-daerah yang telah mapan pembangunannya, namun pemasangan kabel-kabel semacam ini membutuhkan biaya yang lebih mahal. Selain itu terdapat juga kesulitan-kesulitan dalam menentukan jalur kabel memelewati daerah-daerah dimana saluran-saluran air, saluran gas dan parit-parit bawah tanah (sewer) telah terpasang terlebih dahulu. Secara relative, adalah lebih murah untuk memasang kabel-kabel di atas tiang-tiang listrik yang memang merupakan alternative terbaik untuk daerah-daerah pedesaan yang membentang sejauh berkilo-kilo meter. Sayangnya kebanyakan orang berpendapat bahwa keberadaan tiang listrik merusak keindahan lingkungan.





















PENUTUP

Power atau daya adalah berapa besar gaya yang dapat dilakukan dalam setiap waktu. Daya listrik biasanya diberi satuan watt, dan bisa dihitung dengan persamaan P = IE. Daya listrik dihasilkan oleh tegangan dan arus.
Dalam suatu rangkaian listrik, terdapat energy dan daya. Energi berbeda dengan daya. Dimana energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja, dan energy listrik adalah energi yang dipakai (terserap) oleh hambatan R. Sedangkan daya adalah kecepatan dilakukannya kerja, dan daya listrik berarti energi listrik yang terpakai setiap detiknya.































DAFTAR PUSTAKA

Croft, Terrell; Summers, Wilford I. (1987). American Electricans' Handbook, Eleventh Edition, New York: McGraw Hill.
Fink, Donald G.; Beaty, H. Wayne (1978). Standard Handbook for Electrical Engineers, Eleventh Edition, New York: McGraw Hill
Key Facts About the Electric Power Industry, Edison Electric Institute website Reports on August 2003 Blackout, situs web North American Electric Reliability Council
Ir. Sulasno. 2004. Dasar Teknik Konversi Energi Listrik dan Sistem Pengaturan,Edisi 2, Badan Penerbit Universitas Diponegoro , Semarang.
http://rahman30.wordpress.com
http://www.infoplease.com
http://www.unj.ac.id
http://free.vlsm.org
http://opensource.telkomspeedy.com