Teori dasar listrik

Artikel kali ini lebih saya tujukan kepada orang awam yang ingin mengenal dan mempelajari teknik listrik ataupun bagi mereka yang sudah berkecimpung di dalam teknik elektro untuk sekedar mengingat kembali teori-teori dasar listrik.

1. Arus Listrik

adalah mengalirnya elektron secara terus menerus dan berkesinambungan pada konduktor akibat perbedaan jumlah elektron pada beberapa lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama. satuan arus listrik adalah Ampere.

Arus listrik bergerak dari terminal positif (+) ke terminal negatif (-), sedangkan aliran listrik dalam kawat logam terdiri dari aliran elektron yang bergerak dari terminal negatif (-) ke terminal positif(+), arah arus listrik dianggap berlawanan dengan arah gerakan elektron.



Gambar 1. Arah arus listrik dan arah gerakan elektron.

“1 ampere arus adalah mengalirnya elektron sebanyak 624x10^16 (6,24151 × 10^18) atau sama dengan 1 Coulumb per detik melewati suatu penampang konduktor”
Formula arus listrik adalah:

I = Q/t (ampere)

Dimana:
I = besarnya arus listrik yang mengalir, ampere
Q = Besarnya muatan listrik, coulomb
t = waktu, detik

2. Kuat Arus Listrik

Adalah arus yang tergantung pada banyak sedikitnya elektron bebas yang pindah melewati suatu penampang kawat dalam satuan waktu.

Definisi : “Ampere 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:

Q = I x t
I = Q/t
t = Q/I

Dimana :
Q = Banyaknya muatan listrik dalam satuan coulomb
I = Kuat Arus dalam satuan Amper.
t = waktu dalam satuan detik.

“Kuat arus listrik biasa juga disebut dengan arus listrik”

“muatan listrik memiliki muatan positip dan muatan negatif. Muatan positip dibawa oleh proton, dan muatan negatif dibawa oleh elektro. Satuan muatan ”coulomb (C)”, muatan proton +1,6 x 10^-19C, sedangkan muatan elektron -1,6x 10^-19C. Muatan yang bertanda sama saling tolak menolak, muatan bertanda berbeda saling tarik menarik”
3. Rapat Arus

Difinisi :
“rapat arus ialah besarnya arus listrik tiap-tiap mm² luas penampang kawat”.



Gambar 2. Kerapatan arus listrik.

Arus listrik mengalir dalam kawat penghantar secara merata menurut luas penampangnya. Arus listrik 12 A mengalir dalam kawat berpenampang 4mm², maka kerapatan arusnya 3A/mm² (12A/4 mm²), ketika penampang penghantar mengecil 1,5mm², maka kerapatan arusnya menjadi 8A/mm² (12A/1,5 mm²).

Kerapatan arus berpengaruh pada kenaikan temperatur. Suhu penghantar dipertahankan sekitar 300°C, dimana kemampuan hantar arus kabel sudah ditetapkan dalam tabel Kemampuan Hantar Arus (KHA).



Tabel 1. Kemampuan Hantar Arus (KHA)

Berdasarkan tabel KHA kabel pada tabel diatas, kabel berpenampang 4 mm², 2 inti kabel memiliki KHA 30A, memiliki kerapatan arus 8,5A/mm². Kerapatan arus berbanding terbalik dengan penampang penghantar, semakin besar penampang penghantar kerapatan arusnya mengecil.

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

J = I/A
I = J x A
A = I/J

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


4. Tahanan dan Daya Hantar Penghantar

Penghantar dari bahan metal mudah mengalirkan arus listrik, tembaga dan aluminium memiliki daya hantar listrik yang tinggi. Bahan terdiri dari kumpulan atom, setiap atom terdiri proton dan elektron. Aliran arus listrik merupakan aliran elektron. Elektron bebas yang mengalir ini mendapat hambatan saat melewati atom sebelahnya. Akibatnya terjadi gesekan elektron denganatom dan ini menyebabkan penghantar panas. Tahanan penghantar memiliki sifat menghambat yang terjadi pada setiap bahan.

Tahanan didefinisikan sebagai berikut :

“1 Ω (satu Ohm) adalah tahanan satu kolom air raksa yang panjangnya 1063 mm dengan penampang 1 mm² pada temperatur 0° C"

Daya hantar didefinisikan sebagai berikut:

“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:

R = 1/G
G = 1/R

Dimana :
R = Tahanan/resistansi [ Ω/ohm]
G = Daya hantar arus /konduktivitas [Y/mho]



Gambar 3. Resistansi Konduktor

Tahanan penghantar besarnya berbanding terbalik terhadap luas penampangnya dan juga besarnya tahanan konduktor sesuai hukum Ohm.

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

R = ρ x l/q

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

faktot-faktor yang mempengaruhi nilai resistant atau tahanan, karena tahanan suatu jenis material sangat tergantung pada :
• panjang penghantar.
• luas penampang konduktor.
• jenis konduktor .
• temperatur.

"Tahanan penghantar dipengaruhi oleh temperatur, ketika temperatur meningkat ikatan atom makin meningkat akibatnya aliran elektron terhambat. Dengan demikian kenaikan temperatur menyebabkan kenaikan tahanan penghantar"


5. potensial atau Tegangan

potensial listrik adalah fenomena berpindahnya arus listrik akibat lokasi yang berbeda potensialnya. dari hal tersebut, kita mengetahui adanya perbedaan potensial listrik yang sering disebut “potential difference atau perbedaan potensial”. satuan dari potential difference adalah Volt.

“Satu Volt adalah beda potensial antara dua titik saat melakukan usaha satu joule untuk memindahkan muatan listrik satu coulomb”

Formulasi beda potensial atau tegangan adalah:

V = W/Q [volt]

Dimana:
V = beda potensial atau tegangan, dalam volt
W = usaha, dalam newton-meter atau Nm atau joule
Q = muatan listrik, dalam coulomb


RANGKAIAN LISTRIK

Pada suatu rangkaian listrik akan mengalir arus, apabila dipenuhi syarat-syarat sebagai berikut :
1. Adanya sumber tegangan
2. Adanya alat penghubung
3. Adanya beban



Gambar 4. Rangkaian Listrik.

Pada kondisi sakelar S terbuka maka arus tidak akan mengalir melalui beban . Apabila sakelar S ditutup maka akan mengalir arus ke beban R dan Ampere meter akan menunjuk. Dengan kata lain syarat mengalir arus pada suatu rangkaian harus tertutup.

1. Cara Pemasangan Alat Ukur.
Pemasangan alat ukur Volt meter dipasang paralel dengan sumber tegangan atau beban, karena tahanan dalam dari Volt meter sangat tinggi. Sebaliknya pemasangan alat ukur Ampere meter dipasang seri, hal inidisebabkan tahanan dalam dari Amper meter sangat kecil.

“alat ukur tegangan adalah voltmeter dan alat ukur arus listrik adalah amperemeter”
2. Hukum Ohm
Pada suatu rangkaian tertutup, Besarnya arus I berubah sebanding dengan tegangan V dan berbanding terbalik dengan beban tahanan R, atau dinyatakan dengan Rumus :

I = V/R
V = R x I
R = V/I

Dimana;
I = arus listrik, ampere
V = tegangan, volt
R = resistansi atau tahanan, ohm

• Formula untuk menghtung Daya (P), dalam satuan watt adalah:
P = I x V
P = I x I x R
P = I² x R

3. HUKUM KIRCHOFF

Pada setiap rangkaian listrik, jumlah aljabar dari arus-arus yang bertemu di satu titik adalah nol (ΣI=0).



Gambar 5. loop arus“ KIRChOFF “

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

Cara Kerja Sederhana Arus DC menjadi AC

Untuk mengetahui secara sederhana cara merubah arus DC menjadi AC lihatlah gambar berikut.

Bila batang besi “C” digerakkan dengan cepat dari titik “A” ke titik “B” terus menerus. Maka lampu bohlam (220 V 5 Watt) dikeluaran 220 V traffo CT akan menyala.
Nah, bila gerakan itu dengan frekuensi 60 Hz perdetik, maka pada keluaran 220 V traffo CT sama dengan arus AC di rumah kita.

APA YANG TERJADI DI DALAM TRAFFO CT?
Menurut teori, (kira-kira) sebagai berikut:
1. Bila sebatang besi dililitkan kawat dan kawat itu dialiri listrik, maka batang besi akan bermagnet;
2. Bila kita menggerak-gerakan batang magnet pada kumparan, maka pada kutub-kutub kumparan akan mengeluarkan arus listrik;
3. Bila kita mengobah-obah kutub-kutub listrik pada kumparan yang melilit batang besi, maka kutub-kutub magnet pada batang besi akan berobah-obah pula;
4. Berobah-obahnya kutub magnet yang dekat dengan sebuah kumparan, memiliki efek yang sama seperti kita menggerak-gerakkan magnet pada kumparan  itu;
5. Traffo adalah batang besi yang dililitkan kawat secara primer dan sekunder.
7. Jika bagian Sekunder Traffo kita aliri listrik dan Primernya tidak, maka Primernya sebagai kumparan yang terinduksi.
8. Pada Traffo CT 2 x 12 Volt terdapat lilitan kawat yang melilit ‘batang’ besi yaitu lilitan Primer (P) dengan kutub-kutub 0 dan 220 Volt, dan lilitan Skunder (S) dengan kutub-kutub – 12 volt, CT/0, dan + 12 Volt.
Berdasarkan teori itu, bila pada Traffo CT 12 Volt pada lilitan sekundernya (S) secara bergantian pada kutub-kutub – 12 Volt dan + 12 Volt kita pindahkan kutub listrik  negatif (pada misalnya kutub CTnya diberi positif) secara bergantian, maka pada lilitan primer (P) akan mengeluarkan arus induksi. Arus itu adalah arus bolak-balik (AC).

Begitulah kira-kira secara sederhananya. Semoga adik-adik pelajar mengerti cara kerja merobah arus DC menjadi AC.

PESAN untuk adik-adik pelajar: 
Jika kita akan melakukan sebuah eksperimen ilmu pengetahuan, kumpulkan dulu teori-teori terkait dengan rencana eksperimen kita. Dengan begitu, kita akan cukup pengetahuan mewujudkan rencana kita. Juga dapat menghemat banyak pengeluaran biaya yang tak terduga. Dengan kata lain, mengetahui teori-teori yang ada, akan banyak menghemat dari segi waktu, uang, dan tenaga.
Lalu dimana kita akan menemukan teori-teori itu?. Banyak-banyaklah membaca buku (real book atau e-book) sesuai bidang yang kita minati. Dari buku dan internet kita akan menemukan teori-teori yang kita butuhkan.

Mengapa teori begitu penting?
Sebuah teori dibangun oleh ilmuwan yang sudah menguji kebenarannya dan diakui secara universal.
Biasanya teori terbangun dari fenomena yang ada dilingkungan, kemudian seorang ilmuwan berasumsi, asumsi itu selanjutnya didukung teori-teori dari ilmuwan lain dari buku-buku yang ditulis imuwan lain itu, dengan dukungan teori-teori itu sang ilmuwan kemudian membangun hipotesa lalu mengujinya. Dari hasil uji, jika terbukti, maka munculah teori baru atau setidaknya sebuah kesimpulan.
Ilmuwan sejati bukan membuktikan hipotesanya adalah kebenaran, tapi ia akan menguji hipotesanya layak atau tidak disebut sebuah kebenaran.
Teori menjadi penting karena adalah sebuah kebenaran yang telah melalui suatu pengujian ilmiah.
Bila eksperimen kita didukung oleh teori-teori. Maka hasil eksperimen kita adalah berdasarkan kajian ilmiah, dan layak disebut karya ilmiah. Disitulah pentingnya sebuah teori untuk menemukan kebenaran baru atau setidaknya sebuah kesimpulan.

Apa itu Trafo Arus, Current Transformer (CT) ?

Salah satu bidang yang menjadi perhatian khusus di PLN adalah pengukuran. Selain di sisi pengukuran pada pemakaian tenaga listrik juga diaplikasikan pada sistem proteksi arus dan transfer energi antar unit.
Salah satu peralatan yang selalu digunakan dalam pengukuran adalah Trafo Arus , Current Transformer yang biasanya di lapangan cukup disebut CT.
CT adalah trafo yang menghasilkan arus di sekunder dimana besarnya sesuai dengan ratio dan arus primernya. CT umumnya terdiri dari sebuah inti besi yang dililiti oleh konduktor kawat tembaga. Output dari skunder biasanya adalah 1 atau 5 ampere, ini ditunjukan dengan ratio yang dimiliki oleh CT tersebut.
Misal 400:5, berarti sekunder CT akan mengeluarkan output 5 ampere jika sisi primer dilalui arus 400 Ampere. Dari kedua macam output tersebut yang paling banyak ditemui, dipergunakan dan lebih murah adalah yang 5 ampere.
Pada CT tertulis class dan burden, dimana masing masing mewakili parameter yang dimiliki oleh CT tersebut. Class menunjukan tingkat akurasi CT, misalnya class 1.0 berarti CT tersebut mempunyai tingkat kesalahan 1%. Burden menunjukkan kemampuan CT untuk menerima sampai batas impedansi tertentu. CT standart IEC menyebutkan burden 1.5 VA (volt ampere), 3 VA, 5 VA dst. Burden ini berhubungan dengan penentuan besar kabel dan jarak pengukuran.
Catt :

1. Ada 2 standart yang paling banyak diikuti  pada CT yaitu : IEC 60044-1 (BSEN 60044-1) & IEEE C57.13 (ANSI)

posting pertamaku

 Bismillahirrohmanirrohim....
 Alhamdulillah segala puji bagi Allah tuhan semesta alam yang telah melimpahkan segala rahmat-Nya sehingga terlahirlah blog kecil yang ingin besar ini dengan segala kekuranganya.
sholawat dan salam semoga tetap tercurahkan kepada Nabi besar Muhammad S.A.W nabi akhiruzzaman penutup para nabi yang telah membawa kita dari zaman kegelapan menuju zaman yang terang benderang.
Dari Abdullah bin Amr radhiyallahu ta’ala ‘anhu, bahwa Nabi shallallaahu ‘alaihi wa sallam bersabda,

بَلِّغُوا عَنِّى وَلَوْ آيَةً

“Sampaikanlah dariku walau hanya satu ayat” (HR. Bukhari)
dengan adanya blog ini semoga dapat membantu para pembaca dan dapat berbagi pengetahuan walaupun hanya satu huruf sebagaimana telah di sebutkan dalam hadist di atas dan dapat mempererat tali silaturrahim antara kita.
pada akhirnya saya berharap tulisan-tulisan saya di blog ini semoga bermanfaat besar bagi para pembaca sehingga akan menjadikan investasi akhirat sebagai bekal untuk masa depan.