Listrik

Langsung ke: navigasi, cari

Petir adalah contoh listrik alami yang paling dramatis

Kelistrikan adalah sifat benda yang muncul dari adanya muatan listrik. Listrik, dapat juga diartikan sebagai berikut:

• Listrik adalah kondisi dari partikel subatomik tertentu, seperti elektron dan proton, yang menyebabkan penarikan dan penolakan gaya di antaranya.
• Listrik adalah sumber energi yang disalurkan melalui kabel. Arus listrik timbul karena muatan listrik mengalir dari saluran positif ke saluran negatif.

Bersama dengan magnetisme, listrik membentuk interaksi fundamental yang dikenal sebagai elektromagnetisme. Listrik memungkinkan terjadinya banyak fenomena fisika yang dikenal luas, seperti petir, medan listrik, dan arus listrik. Listrik digunakan dengan luas di dalam aplikasi-aplikasi industri seperti elektronik dan tenaga listrik.

Sifat-sifat listrik

Listrik memberi kenaikan terhadap 4 gaya dasar alami, dan sifatnya yang tetap dalam benda yang dapat diukur. Dalam kasus ini, frasa "jumlah listrik" digunakan juga dengan frasa "muatan listrik" dan juga "jumlah muatan". Ada 2 jenis muatan listrik: positif dan negatif. Melalui eksperimen, muatan-sejenis saling menolak dan muatan-lawan jenis saling menarik satu sama lain. Besarnya gaya menarik dan menolak ini ditetapkan oleh hukum Coulomb. Beberapa efek dari listrik didiskusikan dalam fenomena listrik dan elektromagnetik.
Satuan unit SI dari muatan listrik adalah coulomb, yang memiliki singkatan "C". Simbol Q digunakan dalam persamaan untuk mewakili kuantitas listrik atau muatan. Contohnya, "Q=0,5 C" berarti "kuantitas muatan listrik adalah 0,5 coulomb".
Jika listrik mengalir melalui bahan khusus, misalnya dari wolfram dan tungsten, cahaya pijar akan dipancarkan oleh logam itu. Bahan-bahan seperti itu dipakai dalam bola lampu (bulblamp atau bohlam).
Setiap kali listrik mengalir melalui bahan yang mempunyai hambatan, maka akan dilepaskan panas. Semakin besar arus listrik, maka panas yang timbul akan berlipat. Sifat ini dipakai pada elemen setrika dan kompor listrik..

Berkawan dengan listrik

Aliran listrik mengalir dari saluran positif ke saluran negatif. Dengan listrik arus searah jika kita memegang hanya kabel positif (tapi tidak memegang kabel negatif), listrik tidak akan mengalir ke tubuh kita (kita tidak terkena strum). Demikian pula jika kita hanya memegang saluran negatif.
Dengan listrik arus bolak-balik, Listrik bisa juga mengalir ke bumi (atau lantai rumah). Hal ini disebabkan oleh sistem perlistrikan yang menggunakan bumi sebagai acuan tegangan netral (ground). Acuan ini, yang biasanya di pasang di dua tempat (satu di ground di tiang listrik dan satu lagi di ground di rumah). Karena itu jika kita memegang sumber listrik dan kaki kita menginjak bumi atau tangan kita menyentuh dinding, perbedaan tegangan antara kabel listrik di tangan dengan tegangan di kaki (ground), membuat listrik mengalir dari tangan ke kaki sehingga kita akan mengalami kejutan listrik ("terkena strum").
Daya listrik dapat disimpan, misalnya pada sebuah aki atau batere. Listrik yang kecil, misalnya yang tersimpan dalam batere, tidak akan memberi efek setrum pada tubuh. Pada aki mobil yang besar, biasanya ada sedikit efek setrum, meskipun tidak terlalu besar dan berbahaya. Listrik mengalir dari kutub positif batere/aki ke kutub negatif.
Sistem listrik yang masuk ke rumah kita, jika menggunakan sistem listrik 1 fase, biasanya terdiri atas 3 kabel:
Pertama adalah kabel fase (berwarna merah/hitam/kuning) yang merupakan sumber listrik bolak-balik (fase positif dan fase negatif berbolak-balik terus menerus). Kabel ini adalah kabel yang membawa tegangan dari pembangkit tenaga listrik (PLN misalnya); kabel ini biasanya dinamakan kabel panas (hot), dapat dibandingkan seperti kutub positif pada sistem listrik arus searah (walaupun secara fisika adalah tidak tepat).
Kedua adalah kabel netral (berwarna biru). Kabel ini pada dasarnya adalah kabel acuan tegangan nol, yang disambungkan ke tanah di pembangkit tenaga listrik, pada titik-titik tertentu (pada tiang listrik) jaringan listrik dipasang kabel netral ini untuk disambungkan ke ground terutama pada trafo penurun tegangan dari saluran tegangan tinggi tiga jalur menjadi tiga jalur fase ditambah jalur ground (empat jalur) yang akan disalurkan kerumah-rumah atau kelainnya.
Untuk mengatasi kebocoran (induksi) listrik dari peralatan tiap rumah dipasang kabel tanah atau ground (berwarna hijau-kuning) dihubungkan dengan logam (elektroda) yang ditancapkan ke tanah untuk disatukan dengan saluran kabel netral dari jala listrik dipasang pada jarak terdekat dengan alat meteran listrik atau dekat dengan sikring.
Dalam kejadian-kejadian badai listrik luar angkasa (space electrical storm) yang besar, ada kemungkinan arus akan mengalir dari acuan tanah yang satu ke acuan tanah lain yang jauh letaknya. Fenomena alami ini bisa memicu kejadian mati lampu berskala besar.
Ketiga adalah kabel tanah atau Ground (berwarna hijau-kuning). Kabel ini adalah acuan nol di lokasi pemakai, yang disambungkan ke tanah (ground) di rumah pemakai, kabel ini benar-benar berasal dari logam yang ditanam di tanah di rumah kita, kabel ini merupakan kabel pengamanan yang disambungkan ke badan (chassis) alat2 listrik di rumah untuk memastikan bahwa pemakai alat tersebut tidak akan mengalami kejutan listrik.
Kabel ketiga ini jarang dipasang di rumah-rumah penduduk, pastikan teknisi (instalatir) listrik anda memasang kabel tanah (ground) pada sistem listrik di rumah. Pemasang ini penting, karena merupakan syarat mutlak bagi keselamatan anda dari bahaya kejutan listrik yang bisa berakibat fatal dan juga beberapa alat-alat listrik yang sensitif tidak akan bekerja dengan baik jika ada induksi listrik yang muncul di chassisnya (misalnya karena efek arus Eddy).

Unit-unit listrik SI

edit Unit-unit elektromagnetisme SI
Simbol	Nama kuantitas	Unit turunan		Unit dasar
I	Arus	ampere	A	A
Q	Muatan listrik, Jumlah listrik	coulomb	C	A·s
V	Perbedaan potensial	volt	V	J/C = kg·m2·s−3·A−1
R, Z	Tahanan, Impedansi, Reaktansi	ohm	Ω	V/A = kg·m2·s−3·A−2
ρ	Ketahanan	ohm meter	Ω·m	kg·m3·s−3·A−2
P	Daya, Listrik	watt	W	V·A = kg·m2·s−3
C	Kapasitansi	farad	F	C/V = kg−1·m−2·A2·s4
	Elastisitas	reciprocal farad	F−1	V/C = kg·m2·A−2·s−4
ε	Permitivitas	farad per meter	F/m	kg−1·m−3·A2·s4
χe	Susceptibilitas listrik	(dimensionless)	-	-
	Konduktansi, Admitansi, Susceptansi	siemens	S	Ω−1 = kg−1·m−2·s3·A2
σ	Konduktivitas	siemens per meter	S/m	kg−1·m−3·s3·A2
H	Medan magnet, Kekuatan medan magnet	ampere per meter	A/m	A·m−1
Φm	Flux magnet	weber	Wb	V·s = kg·m2·s−2·A−1
B	Kepadatan medan magnet, Induksi magnet, Kekuatan medan magnet	tesla	T	Wb/m2 = kg·s−2·A−1
	Reluktansi	ampere-turns per weber	A/Wb	kg−1·m−2·s2·A2
L	Induktansi	henry	H	Wb/A = V·s/A = kg·m2·s−2·A−2
μ	Permeabilitas	henry per meter	H/m	kg·m·s−2·A−2
χm	Susceptibilitas magnet	(dimensionless)		- TRIP UNIT CIRCUIT BREAKER (1) Circuit Breaker CB  adalah alat yang digunakan untuk menghubungkan ( energize) / memutuskan ( de-energize)  aliran listrik baik secara manual ataupun otomatis (de energize). Seperti diketahui pada artikel lain di Dunia Listrik bahwa CB dibagi menjadi beberapa tipe berdasarkan kemampuannya meng- interupt arcing atau busur api ; 1. ACB  Air Circuit Breaker         a.Molded Case Circuit Breaker MCCB  ( dengan typical rated current : 15 A – 1200 Ampere)         b. LVPower CB (1000 – 4000 Ampere) c. MV Power CB (100 – 4000 Ampere) 2. OCB >> Oil Circuit Breaker 3. VCB >> Vacuum Circuit Breaker Pada artikel kali ini hanya akan dibahas mengenai ACB. Berdasarkan mekanisme trippingnya maka ACB dibagi menjadi : • Elektromekanical/ Thermo-magnetik Trip Unit (Bekerja pada rating 15 – 1200 Amp commonly). >> partially adjustable Gambar 1. Kerja Thermal – Magnetic Trip Unit CB jenis ini menggunakan Thermo dan Magnetic mekanisme sebagai sensor saat terjadinya overcurrent/arus lebih. a. Thermo >> Bekerja berdasarkan elemen bimetal yang sangat sensitif  di dalam CB yang mensensing panas yang berkembang  yang muncul karena adanya aliran arus kecil saat terjadi kelebihan beban overcurrent/overload. b. Magnetik >> Saat terjadi overcurrent maka medan magnetik   akan muncul karena mengalir arus hubung singka/ Short Circuit yang besar nilainya. Kedua fenomena ini digunakan untuk mentrip/open-kan CB untuk memutus aliran arus lebih/overcurrent. • Electronic/Solid state Trip Unit  (800 – 4000 Amp) >> fully adjustable Menggunakan bantuan sensor dari trafo Arus/Current Transfromer. Jika terjadi overcurrent baik karena disebabkan oleh overload ataupun shorcircuit ataupun groundfaul, maka CT akan mengirimkan arus melalui sisi sekundernya pada microprosessor untuk dievaluasi berdasarkan karakteristik logic yang telah disetting untuk kemudian mentrip-kan CB untuk mengisolasi titik gangguan.  Gambar 2. Sensing Current Tranformer – Trip Unit Fully adjustable menjadi sangat penting artinya ketika kita hendak mencapai sistem proteksi yang terkoordinasi 100 % . Time Current Curve TCC pada Trip Unit. Untuk menggambarkan karakteristik besar arus (I ) terhadap waktu (t). Gambar 3. TCC  Electronic Trip Unit ACB 4 kA, 65 kA Gambar 4. TCC Thermo- Magnetic Trip Unit MCCB 1 kA L : Long Time Trip Function • Pick – Up LTPU ( Dalam Ampere)  / Ir/ Irth / 51 (ANSI CODE) :  Disetting diatas arus beban FLC. Dari contoh gambar switch dibawah range Ir adalah 0.2 – 1 kali In CB. Jika terjadi overload/ beban lebih dan arus yang mengalir melebihi Ir yang telah diset maka berdasarkan LTD CB akan ope/trip.     Misal : FLC motor =  200 A. In pada CB = 2000 A. Maka Ir misalnya disetting = 1 X In = 2000 A • Delay LTD ( Dalam Second)/ tr : Fungsi delay digunakan untuk memberikan ruang pada overcurrent yang tidak berbahaya atau normal untuk tetap dapat mengalir. Misalnya arus inrush saat starting motor atau saat energizing transformers tanpa menyebabkakn  ACB trip/open. Referensi untuk menentukan tr adalah perkalian dengan Ir. Range pada contorh gambar dibawah adalah 2.2 – 27 dalam seconds. S : Short Time Trip Function • Pick – Up STPU (Ampere)  / Isd /51(ANSI CODE) :  Digunakan jika terjadi hubung singkat/short circuit yang nilainya kecil. Setting STPU lebih tinggi dibandingkan LTPU. Bekerja berdasarkan funsgi inverse dimana semakin besar arus maka semakin cepat waktu trippingnya. Selain itu untuk menjaga selektivitas sistem proteksi adalah dengan memberikan setelan waktu yang pendek agar memberikan kesempatan pada CB sisi downstream untuk mengisolasi gangguan sehingga tidak mentripkan CB sisi upstream. Ring setting pada contoh switch trip unit dibawah ini adalah antara 1.5 – 10 kali Ir. • Delay STD ( dalam second) / tsd : Settingan waktu tsd terkait dengan settingan arus pick up STPU diatas untuk menjamin selektivitas koordinasi antara CB. I : Instantaneous / Ii/ 50 (ANSI CODE) : digunakan untuk mentripkan CB tanpa waktu tunda dengan ring 2 – 40 kali Ir. Interupsi seketika ini terjadi ketika arus lebih short circuit yang sangat besar terjadi, sehingga meminimalisasikan dampak kerusakan pada sistem elektrikal dan peralatan (motor, kabel, CB, Switchgear). G : Ground Fault/ Ig/ 50/51 N (ANSI CODE):   additional function dari trip unit untuk mendeteksi arus hubung singkat ke tanah yang nilainya lebih kecil dibandingkan short circuit non hubung tanah. Terminologi lain yang digunakan : In = Rated Current adalah arus rating kontinyu/arus nominal pada CB. Icu = Rated Ultimate Breaking Capacity adalah kemampuan CB untuk dapat memutuskan arus hubung singkat maksimum  tanpa menyebabkan kerusakan/meleleh pada contact contacnya. FLC  Full Load Current : arus kontinyu beban tanpa menyebabkan CB trip. Misal : Motor dengan FLC 1400 A menggunakan CB dengan rating In 2000 A Penyusun menyadari bahwa tulisan ini belumlah sempurna dan berharap masukan dari para teman teman  untuk pengembangan dan untuk melengkapi seri berikutnya. More Power ! Referensi : 1. GE MCCB Application & Selection 2. 13 CHADKURDI CHAPT 13 OCPD & CB COORD. 3. Square D Electronic CB Application Guide 4. Merlin Gerin CB Application Guide 5. CB TCC S. Pangonilo Dasar Elektronika Daya - bagian 1 Pada Sistem Tenaga Listrik terdapat penggunaan komponen elektronika yang umumnya dipakai dalam rangkaian pengaturan motor-motor listrik. Komponen-komponen elektronika yang dipergunakan pada sistem tenaga listrik pada prinsipnya harus mampu menghasilkan daya yang besar atau mampu menahan disipasi daya yang besar. Elektronika daya meliputi switching, pengontrolan dan pengubah (konversi) blok-blok yang besar dari daya listrik dengan menggunakan sarana peralatan semikonduktor. Dengan demikian elektronika daya secara garis besar terbagi menjadi 2 (dua) bagian yaitu : 1. Rangkaian Daya 2. Rangkaian kontrol Pada gambar berikut menunjukkan hubungan antara kedua rangkaian diatas yang terintegrasi menjadi satu, dimana keduanya banyak memanfaatkan peralatan semikonduktor. Rangkaian daya terdiri dari komponen Dioda, Thyristor dan Transistor Daya. Sedangkan rangkaian kontrol terdiri atas Dioda, Transistor dan rangkaian terpadu (Integrated Circuit / IC). Dengan menggunakan peralatan-peralatan yang serupa keandalan dan kompatibilitas dari perlengkapan (sistem) akan dapat diperbaiki. Elektronika daya merupakan bagian yang penting dalam industri-industri, yaitu dalam pengontrolan daya pada sistem, proses elektronika dan lain-lain. I. DIODA Dioda merupakan penyatuan dari lapisan P dan N sebagaimana gambar struktur dan simbol lapisan. Syarat dioda dalam keadaan ON adalah Vak positip sedangkan untuk OFF adalah Vak negatif. Karateristik tersebut menggambarkan hubungan antara arus dioda (IR dan IF) agar Vak dalam kondisi menahan arus (OFF) maupun dalam keadaan mengalir (ON). Dalam keadaan OFF, Vak = Vr = negatif, maka dioda menahan arus namun terdapat arus bocor Ir yang kecil. Dalam keadaan ON, Vak = Vf = positif, dioda mengalirkan arus namun terdapat tegangan jatuh pada dioda = ∆ Vf, dan jika ∆ Vf ini makin besar untuk arus dioda yang makin tinggi, berarti rugi konduksi If * ∆ Vf naik. Terlihat pula pada karateristik dioda diatas bahwa bila Vr terlalu tinggi dioda akan rusak. Karateristik Switching Karateristik ini menggambarkan sifat kerja dioda dalam perpindahan keadaan ON ke OFF dan sebaliknya. Dioda akan segera melalukan arus jika Vr telah mencapai lebih dari Vf minimum dioda kondusif dan pada saat OFF terjadi kelambatan dari dioda untuk kembali mempunyai kemampuan memblokir tegangan reverse. Dari gambar diatas tgerlihat adanya arus balik sesaat pada dioda, dimana arus balik ini terjadi pada saat peralihan keadaan dioda dari kondisi ON ke kondisi membloking tegangan reverse. Dengan adanya sifat arus balik, maka diperoleh dua jenis penggolongan dioda yaitu : 1. Dioda Cepat, yaitu dioda dengan kemapuan segera mampu membloking tegangan reverse yang cepat, orde 200 ns terhitung sejak arus forward dioda sama dengan 0 (nol). 2. Dioda Lambat, yaitu untuk hal yang sama dioda memerlukan waktu lebih lama, Q32 > Qs1. Terminologi karateristik dioda Trr : Reverse Recovery Time, waktu yang diperlukan dioda untuk bersifat membloking tegangan forward. Tjr : Waktu yang diperlukan oleh Juction P-N untuk bersifat membloking. Tbr : Waktu yang diperlukan daerah perbatasan Junction untuk membentuk zone bloking. Qs : Jumlah muatan yang mengalir dalam arah reverse selama perpindahan status dioda ON ke OFF. Dioda jenis lambat banyak digunakan pada rangkaian konverter dengan komutasi lambat/natural, seperti rangkaian penyearah. Sedangkan Dioda jenis Cepat dipergunakan pada konverter statis dengan komutasi sendiri seperti misalnya pada DC Chopper, konverter komutasi sendiri dll. Kemampuan Tegangan Dioda bersifat memblokir tegangan reverse, ternyata mampu menahan tegangan tersebut tergantung pada karateristik tegangan itu sendiri. VRWM = Puncak tegangan kerja normal. VRRM = Puncak tegangan lebih yang terjadi secara periodik. VRSM = Puncak tegangan lebih tidak periodik. Kemampuan Arus Dioda Adanya tegangan jatuh konduksi ∆ Vf menyebabkan rugi daya pada dioda yang keluar dalam bentuk panas. Temperatur junction maksimum terletak antara 110°C - 125°C. Panas yang melebihi dari temperatur ini akan menyebabkan dioda rusak. Temperatur maksimum ini dapat dicapai oleh bermacam-macam pembebanan arus terhadap dioda. If (AV) : Arus rata-rata maksimum yang diijinkan setiap harga arus rata-rata akan menghasilkan suatu harga temperatur akhir pada junction dioda. Batas If (AV) ini juga tergantung pada temperatur ruang dan jenis sistem pendinginan (Heat-sink). If (RMS) : Harga effektif maksimum arus dioda. Harga rata-rata yang di bawah If (∆V) maksimum, belum menjamin keamanan operasi dioda terutama arus beban dioda dengan form factor yang tinggi. ( Rate Mean Square ) If (RM) : Harga puncak arus lebih periodik yang diijinkan. If (SM) : Harga puncak arus lebih non periodik yang diijinkan T : Batas integral pembebanan arus dimana dioda masih mampu mengalaminya. Besaran ini berlaku untuk ½ cycles atau 1 ms dan merupakan pedoman dalam pemilihan pengaman arus. Contoh data Fast Dioda Type MF 70 Maximum repetitive peak reverse voltage, Vdrm = 1200 Volt. Mean forward current, If (AV) = 70 A RMS forward current, Irms max = 110 A Non repetitive forward current, If (ms) = 700 A Forward V-Drop, Vfm=V, pada Ifm = 210 A Peak reverse current, Irm = 5 mA Reverse recovery time, trr = 200 ns Stored, charger, Qrr = T µc (Qs) Thermal resistance, Rth-jc = 0,37°C/w Pada artikel lanjutan akan dibahas mengenai: SCR (Silicon Controlled Rectifier), TRIAC (Trioda Alternating Current Switch), DIAC (Bilateral Trigger Dioda) dan UJT (Uni-Juntion Transistor).