Daya Aktif, Daya Reaktif dan Dan Pasif 1.KONSEP SEGITIGA DAYA Telah dipahami dan dianalisa tentang teori daya listrik pada arus bolak-balik, bahwa disipasi daya pada beban reaktif (induktor dan kapasitor) relatif kecil, namun fakta menunjukkan bahwa pada beban reaktif terjadi sentakan arus dan tegangan jatuh pada terminalnya, ini memberi kesan seolah-olah beban reaktif benar-benar mendisipasi daya secara nyata. Fakta ini disebut sebagai Daya Reaktif (Reactive Power) yang dimensi ukurnya dalam satuan VAR (Volt-Amps-Reaktif) bukan dalam satuan Watt. Simbol matematika untuk daya reaktif disepakati adalah Q dan besar daya sebenarnya yang digunakan atau yang hilang (disipasi daya) dalam rangkaian disebut Daya Aktif (True Power) yang dimensi ukurnya dalam satuan Watt dan disepakati dilambangkan dengan huruf besar P. Kombinasi dari daya reaktif dan daya aktif disebut Daya Semu (Apparent Power) yang merupakan produk dari suatu rangkaian yang memiliki tegangan dan arus tanpa merujuk pada sudut phasa. Dimensi ukur dari daya semu dalam satuan VA (Volt-Amps) dan kesepakatan lambang dengan huruf S. Sebagai sebuah kaidah, daya aktif merupakan fungsi dari elemen rangkaian disipasi yang umumnya berupa resistansi (R) dan daya reaktif merupakan fungsi dari suatu elemen rangkaian reaktansi (X) dan umumnya dapat berupa induktansi (L) atau capasitansi (C). Daya semu adalah fungsi dari suatu rangkaian impedansi total (Z). Karena kita berurusan dengan perhitungan besaran skalar dari daya yang kompleks mulai dari besaran seperti tegangan, arus dan impedansi maka harus diwakili oleh magnitudo polar, bukan dengan bilangan riil atau imajiner dari komponen rectangular. Sebagai contoh, jika menghitung daya aktif dari arus dan resistansi, harus menggunakan magnitudo polar untuk arus dan bukan hanya bilangan riil atau imajiner saja bagian dari arus dan jika menghitung daya semu dari tegangan dan impedansi, kedua besaran komplek tersebut sebelumnya harus diturunkan atau direduksi ke magnitudo polar mereka untuk aritmatika skalar. Ada beberapa persamaan yang menghubungkan ketiga jenis daya yaitu resistansi, reaktansi dan impedansi yang semuanya menggunakan besaran skalar:
Perlu diketahui bahwa ada dua persamaan untuk perhitungan daya aktif dan daya reaktif dan ada tiga persamaan untuk perhitungan daya semu. Periksa rangkaian berikut dan lihat bagaimana ketiga jenis daya saling berhubungan: sebuah beban resistif murni pada Gambar.1, beban reaktif murni pada Gambar.2 dan beban campuran resistif dan reaktif pada Gambar.3 di bawah ini.
Ketiga jenis daya aktif, reaktif, dan semu berhubungan satu sama lain dalam bentuk trigonometri. Hubungan antara daya tersebut dinamakan Segi Tiga Daya (The Power Triangle) seperti diperlihatkan pada Gbr.4 di atas. Dengan menggunakan hukum rumus trigonometri dapat dihitung panjang dari setiap sisi atau jumlah besaran seluruh daya, jika telah diketahui panjang dua sisi lainnya atau panjang salah satu sisi dengan sudutnya. Kesimpulan: Energi yang disipasi atau dihamburkan oleh beban disebut sebagai daya aktif. Daya aktif dilambangkan oleh huruf P dan diukur dalam satuan W (Watt). Energi hanya terserap dan kembali ke sumbernya karena sifat beban yang reaktif ini maka disebut sebagai daya reaktif. Daya reaktif dilambangkan dengan huruf Q dan diukur dalam satuan VAR (Volt-Amps-reaktif). Energi total dalam rangkaian arus bolak-balik, baik dihamburkan, diserap ataupun yang kembali disebut sebagai daya semu. Daya semu dilambangkan dengan huruf S dan diukur dalam satuan VA (Volt-Amps). Ketiga jenis daya secara trigonometri terkait satu sama lain. Dalam segi tiga siku-siku, P adalah garis mendatar yang mengapit sudut, Q adalah garis tegak dihadapan sudut dan S adalah garis sisi miring dan mengapit sudut. Sudut yang diapit garis adalah sudut phasa rangkaian impedansi (Z). 2. PEMAKAIAN WATT METTER
Dalam sebuah rangkaian listrik,daya didefinisikan sebagai laju energi yang dihantarkan atau kerja yang dilakukan per satuan waktu Dalam pengukuran daya,ada 2 metode yaitu: 1.Metode Pengukuran Daya Secara Tidak Langsung Ada dua jenis pengukuran daya menggunakan metode pengukuran tak langsung, dari letak kedua alat ukur, yaitu ampermeter dan voltmeter : *Voltmeter dipasang sebelum ampermeter *Voltmeter dipasang setelah Ampermeter ditinjau 2. Metode Pengukuran Daya Secara Langsung Pengukuran daya listrik secara langsung adalah dengan menggunakan wattmeter.namun disini,akan dibahas mengenai penggunaan Wattmeter. Wattmeter adalah instrumen pengukur daya listrik yang pembacaannya dalam satuan watt dimana merupakan kombinasi voltmeter dan amperemeter. Dalam pengoperasiannya harus memperhatikan petunjuk yang ada pada manual book atau tabel yang tertera pada wattmeter. Demikian juga dalam hal pembacaannya harus mengacu pada manual book yang ada. Watmetter dibagi menjadi 3, yaitu: 1.wattmeter elektrodinamik / analog Wattmeter elektrodinamik atau elektrodinamometer, instrumen ini cukup familiar dalam desain dan konstruksi elektrodinamometer tipe ampermeter dan voltmeter analog. Kedua koilnya dihubungkan dengan sirkuit yang berbeda dalam pengukuran power. Koil yang tetap atau field coil dihubungkan secaraseri dengan rangkaian, koil bergerak dihubungkan paralel dengan tegangan dan membawa arus yang proporsional dengan tegangan. Sebuah tahanan non-induktif dihubungkan secara seri dengan koil bergerak supaya dapat membatasi arus menuju nilai yang kecil. Karena koil bergerak membawa arus proposional dengan tegangan maka disebut pressure coil atau voltage coil dari wattmeter 2.wattmeter induksi
Perbedaan dengan wattmeter jenis dinamometer adalah wattmeter induksi hanya dapat dipakai dengan suplai listrik bolak balik sedangkan wattmeter jenis dinamometer dapat dipakai baik dengan suplai listrik bolak balik atau searah.kelebihan dan keterbatasan wattmeter induksi yaitu wattmeter induks imempunyai skala lebar, bebas pengaruh medan liar, serta mempunyai peredaman bagus. Selain itu, alat ukur ini juga bebas dari error akibat frekuensi. Kelemahannya adalah timbulnya error yang kadang-kadang serius yang diakibatkan oleh pengaruh suhu sebab suhu ini berpengaruh pada tahanan lintasan arus eddy.pengukuran daya arus searah dapat dilakukan dengan alat ukur wattmeter. Didalam instrumen ini terdapat dua macam kumparan yaitu kumparan arus dan kumparan tegangan. Kopel yang dikalikan oleh kedua macam kumparan tersebut berbanding lurus dari hasil perkalian arus dan tegangan.daya listrik dalam pengertiannya dapat dikelompokkan dalam dua kelompok sesuai dengan catu tenaga listriknya, yaitu daya listrik DC dan daya listrik AC.Daya listrik DC dirumuskan sebagai Dimana P = daya (Watt)V = tegangan (Volt)I = arus (Ampere)Daya listrik AC ada dua macam yaitu daya untuk satu phase dan daya untuk tiga phase. Pada sistem satu phase dirumuskan sebagai berikut P = VI P = V. Icos f 3.wattmeter digital Wattmeter elektronik digital modern/energy meter menghasilkan sampel tegangan dan arus ribuan kali dalam sedetik. Nilai rata-rata tegangan instan yang dikalikan dengan arus adalah true power (daya murni). Daya murni yang dibagi oleh volt-ampere (VA) nyata adalah power factor. Rangkaian komputer menggunakan nilai sampel untuk menghitung tegangan RMS, arus RMS, VA, power (watt), power factor, dan kilowatt-hours (kwh). Model yang sederhana menampilkan informasi tersebut pada layar display LCD. Model yang lebih canggih menyimpan informasi tersebut dalam beberapa waktu lamanya, serta dapat mengirimkannya ke peralatan lapangan atau lokasi pusat. Konstruksi Wattmeter Analog sebagai berikut :
I* = arus masuk I = arus keluar L1 = phase R L2 = phase S L3 = phase T 3~ = penggunaan wattmeter untuk sistem 3 phase ~ = penggunaan wattmeter untuk 1 phase / untuk DC A = skala arus V = skala tegangan Pembacaan dari nilai didasarkan pada rumusan sebagai berikut : P = U x I x C Dimana : U = pembacaan pada jarum penunjuk wattmeter I = pemilihan arus ( dari switch jarum menunjuk pada skala tertentu) C = faktor koreksi dapat dilihat pada tabel di Wattmeter. Sedangkan untuk Wattmeter digital,memiliki konstruksi sebagai berikut:
Cara Pemakaian Wattmeter Digital: 1. Masukan Kabel Power Sumber ( In Put ) Pada Terminal WATT & 10 A, Sesuai Petunjuk Pada Watt Meter Digital Yang Bertuliskan POWER SOURCE. 2. Masukan Kabel Beban ( Out Put ) Pada Terminal COM & V, Sesuai Petunjuk Pada Watt Meter Digital Yang Bertuliskan LOAD. 3. Setelah Kabel In Put ( Power Source ) & Out Put ( Load ) Terpasang, Hidupkan Watt Meter Digital Dengan Menggeser Tombol Pada Posisi ON. 4. Tekan Tombol Pilihan Watt 1 ( 2000 W ) atau Watt 2 ( 6000 W X10 W) Tergantung Dari Beban Yang Akan Di Ukur. 5. Apabila Pada Layar Tidak Tertulis Nol Maka Perlu Di Setting Watt Zero Adjust Agar Tampilan Pada Layar Bernilai Nol. 6. Masukan Kabel In Put ( Power Source ) Pada Stop Kontak Agar Beban / Load Dapat Bekerja. 7. Lihat Hasil Tampilan Pada Layar, Apabila Menggunakan Batas Ukur Yang Watt 1 ( 2000 W ) Maka Tampilan Pada Layar Merupakan Hasil Pengukuran Daya Pada Beban / Load. 8. Apabila Menggunakan Batas Ukur Yang Watt 2 ( 6000 W ), Maka Hasil Pada Layar Di Kalikan 10 Baru Ketahuan Hasilnya. 9. Apabila Sudah Selesai Dalam Pengukuran Daya, Matikan Watt Meter Digital Dengan Menggeser Tombol Pada Posisi OFF.
PENGUKURAN DAYA ARUS SEARAH (DC) Pengukuran daya arus searah dapat dilakukan dengan alat ukur Wattmeter. Didalam instrument ini terdapat dua macam kumparan yaitu kumparan arus dan kumparan tegangan. Kopel yang dikalikan oleh kedua macam kumparan Wattmeter 4 tersebut berbanding lurus dari hasil perkalian arus dan tegangan. PENGUKURAN DAYA ARUS BOLAK-BALIK SATU PHASE Wattmeter 5 Dalam gambar 3 dapat dilihat bahwa dalam menghubungkan ke beban dan saluran supply daya listrik wattmeter untuk pengukuran daya satu phase ada kesamaan dengan pengukuran daya DC, terminal input output pada Wattmeter mempunyai kesamaan dengan saat mengukur daya DC.
PENGUKURAN DAYA ARUS BOLAK BALIK TIGA PHASE Gambar 4: Mengukur daya tiga fase dengan satu wattmeter. Pengukuran seperti gambar 4 diatas dilakukan untuk jaringan tiga fase beban simetri, daya masing-masing fase sama besar P1 = P2 = P3 Besar daya yang diserap beban tiga fase pada gambar 4, dirumuskan sebagai P = U. I. C. Pembacaan dari nilai didasarkan pada rumusan sebagai berikut : P=UxIxC Dimana : U=pembacaan pada jarum penunjuk wattmeter
I=pemilihan arus ( dari switch jarum menunjuk pada skala tertentu) C = faktor koreksi dapat dilihat pada tabel di Wattmeter. 3. JENIS-JENIS BEBAN LISTRIK Karakteristik Beban Linstrik Pada Rangkaian AC Dalam sistem listrik arus bolak-balik, jenis beban dapat diklasifikasikan menjadi 3 macam, yaitu : 1. Beban resistif (R) 2. Beban induktif (L) 3. Beban kapasitif (C) 1. Beban Resistif (R) Beban resistif (R) yaitu beban yang terdiri dari komponen tahanan ohm saja (resistance), seperti elemen pemanas (heating element) dan lampu pijar. Beban jenis ini hanya mengkonsumsi beban aktif saja dan mempunyai faktor daya sama dengan satu. Tegangan dan arus sefasa. Persamaan daya sebagai berikut : P = VI Dengan : P = daya aktif yang diserap beban (watt) V = tegangan yang mencatu beban (volt) I = arus yang mengalir pada beban (A)
Gambar 1 Rangkaian Resistif Gelombang AC Gambar 2 Grafik Arus dan Tegangan Pada Beban Resistif 2. Beban Induktif (L) Beban induktif (L) yaitu beban yang terdiri dari kumparat kawat yang dililitkan pada suatu inti, seperti coil, transformator, dan solenoida. Beban ini dapat mengakibatkan pergeseran fasa (phase shift) pada arus sehingga bersifat lagging. Hal ini disebabkan oleh energi yang tersimpan berupa medan magnetis akan mengakibatkan fasa arus bergeser menjadi tertinggal terhadap tegangan. Beban jenis ini menyerap daya aktif dan daya reaktif. Persamaan daya aktif untuk beban induktif adalah sebagai berikut : P = VI cos φ Dengan : P = daya aktif yang diserap beban (watt) V = tegangan yang mencatu beban (volt) I = arus yang mengalir pada beban (A) φ = sudut antara arus dan tegangan
Gambar 3 Rangkaian Induktif Gelombang AC Gambar 4 Grafik Arus dan Tegangan Pada Beban Induktif Untuk menghitung besarnya rektansi induktif (X L ), dapat digunakan rumus : Dengan : X L = reaktansi induktif F = frekuensi (Hz) L = induktansi (Henry) 3. Beban Kapasitif (C) Beban kapasitif (C) yaitu beban yang memiliki kemampuan kapasitansi atau kemampuan untuk menyimpan energi yang berasal dari pengisian elektrik (electrical discharge) pada suatu sirkuit. Komponen ini dapat menyebabkan arus leading terhadap tegangan. Beban jenis ini menyerap daya aktif dan mengeluarkan daya reaktif. Persamaan daya aktif untuk beban induktif adalah sebagai berikut : P = VI cos φ Dengan : P = daya aktif yang diserap beban (watt) V= tegangan yang mencatu beban (volt) I = arus yang mengalir pada beban (A)
φ = sudut antara arus dan tegangan Gambar 5 Rangkaian Kapasitif Gelombang AC Gambar 6 Grafik Arus dan Tegangan Pada Beban Kapasitif Untuk menghitung besarnya rektansi kapasitif (X C ), dapat digunakan rumus : Dengan : X L = reaktansi kapasitif f = frekuensi C = kapasitansi (Farad)
DAFTAR PUSTAKA Jonpurba.(2010,januari).segitiga daya http://jonpurba.wordpress.com/2010/01/18/segitiga-daya/ Garslandi.(2013,januari). pengukuran dengan menggunakan wattmeter. http://garslandi.wordpress.com/2013/01/11/pengukuran-dengan-menggunakan-wattmeter/ http://saranabelajar.wordpress.com/2010/02/18/karakteristik-beban-pada-sistem-arus-listrikbolak-balik-ac/