Daya Dalam Sistem Listrik AC – Part I

Foreword:

Daya didefinisikan sebagai jumlah energi (satuan [joule]) tiap satuan waktu (satuan [sekon]), merupakan suatu konsep yang digunakan untuk menentukan kapasitas sebuah peralatan. Secara umum, satuan daya adalah watt. Konsep ini dipandang lebih baik dalam menentukan spesifikasi sebuah mesin, daripada konsep energi. Jika kita menggunakan konsep energi, maka kita akan terikat oleh perbedaan rentang waktu. Sedangkan konsep daya berlaku lebih universal, karena rentang waktu yang digunakan adalah sama.

Sebagai contoh, mesin A menghasilkan energi 1000 joule dan mesin B menghasilkan energi 500 joule. Dari data tersebut, kita tidak dapat menentukan kapasitas mesin mana yang lebih besar. Ada kemungkinan mesin A menghasilkan energi 1000 joule dalam 10 jam, sedangkan mesin B menghasilkan 500 joule dalam 2 jam.

Dalam kasus lain, apabila dikatakan mesin X menghasilkan daya 1000 watt dan mesin Y menghasilkan daya 500W, maka akan sangat jelas mesin mana yang berkapasitas lebih besar. Namun, daya dan energi adalah dua konsep yang dihubungkan oleh waktu. Membicarakan daya, artinya membicarakan energi. Begitu pula sebaliknya.

Daya Listrik

Di lingkungan kita sehari-hari, kita mengenal energi kimia, energi mekanik, energi termal, energi listrik dan lain-lain. Jika kita mengambil topik daya listrik, maka akan didefinisikan sebagai energi listrik dibagi satuan waktu. Dan daya mekanik didefinisikan sebagai energi mekanik per satuan waktu.

Energi listrik yang dipakai untuk kebutuhan sehari-hari berasal dari sistem pembangkit listrik (power plant). Pada pembangkit listrik tipe konvensional, energi mekanik dan energi listrik adalah 2 bentuk energi yang berhubungan sangat erat karena daya listrik yang dihasilkan berasal dari  perubahan daya mekanik (electro-mechanical energy conversion).

Daya mekanik, memiliki satuan watt, dan memiliki konsep yang relatif mudah ditangkap. Hal ini sangat berbeda di dalam dunia listrik, ada beberapa jenis daya yang ada pada dunia listrik. Pada sistem listrik arus searah (DC, direct current), dikenal istilah satu macam daya yaitu daya listrik yang memiliki satuan watt. Daya ini diubah menjadi putaran pada motor DC, menjadi panas pada heater, menjadi cahaya dalam lampu, dan lain sebagainya. Hal ini tentunya sangat mudah dipahami.

Namun dalam daya listrik bolak-balik (AC, alternating current), pembicaraan jenis-jenis daya menjadi semakin menarik (atau bisa dikatakan rumit). Ada 3 macam konsep daya dalam listrik AC, yaitu daya aktif, daya reaktif, dan daya kompleks. Bahasan selanjutnya akan membahas ketiga macam daya ini.

Gelombang Tegangan, Arus, dan Daya pada Rangkaian AC

Dalam dunia listrik, daya dikenal sebagai produk instan dari tegangan dan arus. Dalam sistem AC, arus yang digunakan adalah arus sinusoida. Jika sumber tegangan AC dihubungkan ke beban listrik, maka akan mengalir arus AC. Gambar 1 menunjukkan berbagai konfigurasi beban dan akibatnya terhadap distorsi gelombang tegangan dan arus. Jika gelombang tegangan V dialirkan ke beban resistif, induktif dan kapasitif, maka secara berurutan akan menghasilkan arus IR, IL, dan IC sebagaimana dalam gambar 1a. Agar lebih jelas, gambar (a) dibagi ke dalam gambar (b), (c), dan (d) berdasar jenis bebannya.

Pada gambar (b), jika beban merupakan beban resistif murni, maka gelombang tegangan dan arus akan berimpit, dikatakan sefasa.

Pada gambar (c), jika beban menyuplai beban induktif (beban mengandung lilitan seperti motor dan sebagainya), maka gelombang arus akan terdistorsi. Bentuk distorsinya adalah gelombang arus tergeser ke arah kanan, dikatakan gelombang arus tertinggal dari gelombang tegangan. Hal ini diistilahkan dengan lagging (meninggalkan). Perbedaan sudut saat gelombang tegangan dan arus melewati garss y=0, disebut sebagai sudut fasa (φ, phi), dimana pada gambar besarnya sekitar 30°. Jika dimasukkan ke dalam fungsi trigonometri cosinus, maka besaran itu dikenal luas sebagai cos (φ) atau cos phi atau faktor daya atau power factor.

Pada gambar (d), jika beban menyuplai beban kapasitif (beban mengandung kapasitansi), maka gelombang arus akan terdistorsi pula. Bentuk distorsinya adalah gelombang arus bergeser ke arah kiri, dikatakan bahwa gelombang arus mendahului gelombang tegangan. Hal ini diistilahkan dengan leading (mendahului). Konsep faktor daya, sama dengan di gambar (c).

To be continued....

Cukup sekian untuk bagian pertama. Konsep segitiga daya, daya dalam beban R/L/C, analogi 3 macam daya, dan tinjauan teoritis-praktis mengenai VAR akan dijelaskan dalam bagian (bagian-bagian) selanjutnya. Insya Allah.

Malang, 15 Feb 2014. 20:44.