BAB 6 KEELEKTRIKAN DAN KEMAGNETAN

BAB 6
ELEKTRIK DAN KEMAGNETAN

6.1 PENJANAAN TENAGA ELEKTRIK

1. Sumber tenaga terbahagi kepada dua SUMBER TENAGA
kumpulan iaitu sumber tenaga boleh baharu &
sumber tenaga tidak boleh baharu. Sumber tenaga boleh Sumber tenaga tidak boleh
baharu baharu
2. Peta pokok sumber tenaga boleh baharu dan
sumber tenaga tidak boleh baharu.

Sumber tenaga yang boleh Sumber tenaga yang tidak
di gantikan secara boleh di ganti dan akan
habis digunakan.
berterusan dan tidak akan
habis digunakan.

Stesen Anakuasa Elektrik Hidro Empangan Bakun Contoh: Contoh:
Sarawak. Tenaga angin, Tenaga Arang batu, Tenaga
biojisim, Tenaga geoterma, nuklear, Gas asli,
tenaga hidro, Tenaga Petroleum seperti diesel
ombak, tenaga solar

Proses Penjanaan Tenaga Eletrik

1. Generator merupakan alat yang menjanakan eletrik.
2. Penjanaan tenaga elektrik dalam generator adalahh berdasarkan pemotongan garis medan

magnet oleh konduktor seperti:
• Gerakan konduktor seperti dawai penyambung atau solenoid relatif kepada magnet.
• Gerakan magnet relatif kepada konduktor seperti dawai penyambung atau solenoid.

Dawai penyambung digerakan melalui Solenoid digerakan melalui ruang antara
ruang antara kutub magnet kutub magnet

3. Semakin cepat gerakan relatif antara dawai penyambung atau solenoid dengan magnet,
semakin tinggi kadar pemotongan garis magnet berlaku, iaitu semakin besar arus aruhan
dihasilkan.

Tenaga Elektrik Dijanakan Di Stesen Jana Kuasa

Jenis stesen jana kuasa, mekanisme penjanaan tenaga elektrik dan perubahan bentuk tenaga
adalah seperti berikut:

a) STESEN JANA KUASA TERMA

Sumber tenaga tidak boleh baharu yang digunakan: diesel, gas asli atau arang batu.

MEKANISME : Air dididihkan Stim pada tekanan Penjana diputarkan
menjadi stim pada tinggi memutarkan untuk menghasilkan
Pembakaran diesel,
gas asli atau arang tekanan tinggi turbin tenaga elektrik

batu

PERUBAHAN BENTUK TENAGA: Tenaga haba Tenaga kinetik Tenaga elektrik

Tenaga kimia

b) STESEN JANA KUASA TENAGA ANGIN

Sumber tenaga boleh baharu yang digunakan : Tenaga angin

Bilah
Penjana

Menara

MEKANISME : Angin memutarkan Bilah memutarkan Penjana diputarkan
bilah turbin untuk menghasilkan
Udara atau angin
bergerak tenaga elektrik

PERUBAHAN BENTUK TENAGA: Tenaga elektrik

Tenaga kinetik

c) STESEN JANA KUASA HIDRO ELEKTRIK

Sumber tenaga boleh baharu yang digunakan : Tenaga hidro

MEKANISME : Air mengalir dari ars Aliran air yang laju Penjana diputarkan
tinggi ke aras memutarkan turbin untuk menghasilkan
Air tersimpan dalam rendah
empangan yang tenaga elektrik
tinggi di alirkan
keluar

PERUBAHAN BENTUK TENAGA: Tenaga kinetik Tenaga elektrik

Tenaga keupayaan
graviti

d) STESEN JANA KUASA BIOJISIM

Sumber tenaga boleh baharu yang digunakan : Tenaga Biojisim

MEKANISME : Air dididihkan Stim pada tekanan Penjana diputarkan
menjadi stim pada tinggi memutarkan untuk menghasilkan
Pembakaran
metana yang tekanan tinggi turbin tenaga elektrik
dihasilkan biojisim

PERUBAHAN BENTUK TENAGA: Tenaga haba Tenaga kinetik Tenaga elektrik

Tenaga kimia

e) STESEN JANA KUASA NUKLEAR

Sumber tenaga tidak boleh baharu yang digunakan : Tenaga nuklear

MEKANISME : Air dididihkan Stim pada tekanan Penjana diputarkan
menjadi stim pada tinggi memutarkan untuk menghasilkan
Tindak bals nuklear
dalam bahan api tekanan tinggi turbin tenaga elektrik
nuklear

PERUBAHAN BENTUK TENAGA: Tenaga haba Tenaga kinetik Tenaga elektrik

Tenaga nuklear

f) STESEN JANA KUASA SOLAR

Sumber tenaga boleh baharu yang digunakan : Tenaga solar

MEKANISME : Panel suria menukarkan cahaya kepada
tenaga elektrik
Cahaya dalam sinaran matahari diserap
oleh panel suria dalam panel suria

PERUBAHAN BENTUK TENAGA: Tenaga elektrik

Tenaga cahaya

g) STESEN JANA KUASA OMBAK

Sumber tenaga boleh baharu yang digunakan : Tenaga ombak

MEKANISME :

Udara di tolak keluar dari Aliran udara yang pantas Penjana diputarkan untuk
kebuk apabila aras air di memutarkan turbin menghasilkan tenaga
elektrik
dalam kebuk naik

PERUBAHAN BENTUK TENAGA: Tenaga kinetik Tenaga elektrik

Tenaga keupayaan
graviti

Arus Terus Dan Arus Ulang Alik

Arus elektrik

1. Arus elektrik boleh dibahagikan kepada dua jenis:

Arus terus (a.t) Arus ulang-alik
(a.u)

Arus elektrik yang mengalir Arus elektrik yang arah
dalam satu arah sahaja alirannya berubah-ubah

2. Jadual menunjukkan kegunaan dan sumber tenaga elektrik bagi a.t dan a.u. secara berterusan

Jenis Arus Elektrik Arus Terus (a.t) Arus Ulang Alik (a.u)

Sumber bateri, akumulator, sel suria Penjana, stesen jana kuasa

Contoh alat elektrik Telefon bimbit, lampu suluh, Penghawa dingin, pengering rambut,
kalkulator, jam tangan, pembesar katuhar gelombang mikro, pembakar
suara roti, seterika, peti sejuk

Osiloskop Sinar Katod (O.S.K)

1. Osiloskop sinar katod (O.S.K) merupakan sebuah alat elektrok yang digunakan untuk
menunjukkan atau mengukur bentuk graf, arah arus dan perubahan voltan bagi arus
terus dan arus ulang-alik.

2. Suis dan tombol kawalan pada depan O.S.K adalah seperti di dalam rajah.

Penyelesaian Masalah Berkaitan dengan Bekalan Tenaga Elektrik dalam
Kehidupan

1. Inovasi bekalan eletrik kuasa solar mudah alih

untuk kecemasan

• Alat dalam rajah menunjukkan set bekalan

elektrik yang menggunakan kuasa solar yang

sesuaidi gunakan semasa kecemasan.

• Alat ini boleh digunakan untuk menyalakan

lampu, memasak nasi dengan menggunakan

periuk kecil, memanaskan air dan mengecas

telefon bimbit.

• Istimewanya alat ini ialah menggunakan

teknologi tanpa wayar contohnya hanya perlu

menyentuh mentol kepada badan set solar itu

untuk menyalakan mentol.

• Alat ini boleh dicas semula menggunakan Inovasi bekalan eletrik kuasa solar mudah alih untuk kecemasan (sumber BH)

bateri kereta atau bekalan elektrik kediaman

selain menggunakan kuasa solar.

2. Atap dengan sel suria

3. Penghantaran dan pengagihan tenaga elektrik tanpa wayar (wireless electrical transmisssion and distributor).

6.2 TRANSFORMER

Transformer injak naik dan transformer injak turun

1. Transformer ialah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkann voltan arus ulang alik ( . .).
2. Transformer terdiri daripada;

a) Satu teras besi lembut berlamina yang dililit oleh gegelung primer dan gegelung sekunder.
b) Gegelung primer / gegelung input yang disambung kepada bekalan a.u.
c) Gegelung sekunder/ gegelung output yang disambung kepad beban.

3. Transformer boleh di bahagikan kepada dua jenis iaitu transformer injak naik dan transformer injak turun.

TRANSFORMER INJAK NAIK TRANSFORMER INJAK TURUN

Np = 3 Ns = 7 Np = 7 Ns = 3

<Bilangan lilitan pada Bilangan lilitan pada >Bilangan lilitan pada Bilangan lilitan pada

gelung primer, Np gelung sekunder,Ns gelung primer, Np gelung sekunder,Ns

<Voltan primer ( voltan voltan sekunder >Voltan primer ( voltan voltan sekunder
input), Vp (voltan output), Vs
input), Vp (voltan output), Vs

Fungsi Transformer dalam Penggunaan Peralatan Elektrik di Rumah

1. Pengecas bateri merupakan contoh penggunaan transformer dalam peralatan elektrik di rumah.
2. Pengecas elektrik lazimnya mempunyai transformer injak turun iaitu menurunkan bekalan kuasa 240V kepada

voltan output yang lebih rendah.
3. Semasa voltan bagi arus ulang-alik diubah oleh peralatan elektrik, sebahagian tenaga elektrik input ini di tukar

menjadi haba. Hal ini menyebabkan peralatan eletrik menjadi panas.

Penyelesaian Masalah Berkaitan Transformer dalam Kehidupan

Kegunaan transformer dalam kehidupan harian adalah dari segi berikut:
a) Keperluan peralatan

Voltan yang berbeza-beza dihasilkan oleh transformer mengikut keperluan yang berbeza-beza dalam sesuatu
peralatan elektrik.
b) Keselamatan
Arus ulang-alik pada voltan yang rendah dihasilkan oleh transformer injak turun adalah lebih selamat digunakan
berbanding arus ulang-alik pada voltan tinggi.
c) Penjimatan tenaga elektrik
a) Arus ulang-alik pad avoltan yang tinggi dialirkan melalui kabel penghantaran dalam Rangkaian Grid

Nasional adalah lebih menjimatkan tenaga.

Rumus Penyelesaian Soalan Berkaitan Transformer

+


6.3 PENGHANTARAN DAN PENGAGIHAN TENAGA ELEKTRIK

Fungsi Komponen dalam Sistem Penghantaran dan Pengagihan Tenaga
Elektrik

1. Penjana di stesen janakuasa akan menghasilkan ARUS ULANG ALIK dengan voltan yang tinggi, 11kV atau 25kV.
2. Arus ini akan memasuki stesen transformer (Transformer Injak Naik)
3. Voltan akan ditingkatkan daripada 11kV / 25kV kepada 132k,275kV atau 500kV.
4. Ini adalah bagi tujuan membolehkan elektrik dihantar ke tempat yang jauh dan mengurangkan kadar

kehilangan elektrik melalui haba semasa dipindahkan.
5. Arus ulang alik ini kemudiaannya dialirkan melalui rangkaian kabel penghantaran yang lebih dikenali sebagai

Rangkaian Grid Nasional
6. Arus ulang alik mengalir ke kawalan kawasan dan lapangan suis.
7. Kemudiannya, arus ulang alik ini dialirkan melalui satu lagi stesen transformer (Transformer Injak Turun)
8. Voltan akan diturunkan kepada kawasan-kawasan mengikut keperluan.
9. Kawasan industri berat menerima bekalan arus ulang alik pada 33kV
10.Kawasan industri ringan menerima bekalan arus ulang alik pada 11kV
11.Pejabat dan rumah menerima bekalan arus ulang alik pada 240V

Peta Alir: Sistem Penghantaran & Pengagihan Tenaga Elektrik

Stesen jana Transformer Pencawang
kuasa injak turun bahagian

Transformer Pencawang Transformer
injak naik masuk utama injak turun

Rangkaian Lapangan Pengguna
Grid Nasional suis

Kelebihan Rangkaian Grid Nasional

1. Rangkaian grid nasional adalah rangkaian hubungan kabel semua stesen jana kuasa
dalam negara.

2. Kabel di perbuat daripada kuprum atau aluminum. Kedua-dua logam ini adalah
konduktor eletrik yang baik.

3. Dengan rangkaian ini, tenaga elektrik dari stesen jana kuasa dapat dihantar ke
mana-mana kawasan tanpa gangguan.

4. Kelebihan utama rangkaian ini adalah:
a) Mana-mana kawasan yang memerlukan penambahan tenaga elektrik dapat di
bekalkan oleh stesen jana kuasa tambahan dalam rangkain itu.
b) Fungsi sebuah stesen janakuasa yang di hentikan untuk kerja baik pulih boleh
diambil alih oleh stesen jana kuasa lain dalma rangkaian itu
c) Stesen jana kuasa yang sangat besar tidak diperlukan. Kawasan yang
memerlukan kuantiti tenaga elektrik yang tinggi dapat dibekalkan oleh dua atau
lebih stesen jana kuasa.dalam rangkaian.

Sistem Pendawaian Elektrik Di Malaysia

Pendawaian eletrik di Malaysia boleh dibahagikan kepada dua kategori seperti yang
ditunjukkan di bawah.

SISTEM PENDAWAIAN
ELEKTRIK

SATU FASA TIGA FASA

Penggunaan tenaga elektrik Penggunaan tenaga elektrik
tidak melebihi 10kW lebih daripada 10kW

Cth: perumahan luar bandar Cth:kawasn komersil & industri

Pembekalan Tenaga Elektrik & Sistem Pendawaian Elektrik di
Rumah

Komponen Sistem Fungsi
Pendawaian Elektrik
• Membawa arus elektrik ke rumah dari pencawang bahagian
Dawai hidup • Mengembalikan arus elektrik ke pencawang bahagian
Dawai neutral
• Mengawal jumlah arus yang mengalir ke dalam litar di rumah. Fius melebur
Fius sesalur dan memutuskan pengaliran arus
jika arus berlebihan mengalir melalui litar.
Meter elektrik / Meter joule
• Menyukat kuantiti tenaga elektrik yang digunakan di rumah.
Suis sesalur
• Mengawal bekalan arus ke semua bahagian litar di rumah
Pemutus litar • Membenarkan bekalan arus diputuskan untuk sementara untuk tujuan
tertentu seperti membaiki dawai elektrik yang rosak.
Kotak fius
• Memutuskan bekalan arus di rumah apabila arus berlebihan mengalir
melaluinya.

• Mengandungi fius-fius yang dapat melebur dan memutuskan pengaliran arus
untuk melindungi bahagian litar elektrik yang mengalami litar pintas atau

Palam 3-pin

1. Peralatan elektrik seperti seterika, cerek, dan kipas disambungkan ke bekalan kuasa
rumah melalui palam 3-pin.

2. Palam 3-pin mempuyai 3 pin. Setiap pin di sambungkan ke dawai berikut:
a) Dawai hidup (L) yang berwarna perang
b) Dawai neutral (N) yang berwarna biru
c) Dawai bumi (E) yang berjalur kuning dan hijau

Palam 2-pin

1. Peralatan elektrik seperti radio, pengering rambut, dan jam elektrk di sambungkan ke
bekalan kuasa rumah melalui palam 2-pin.

2. Dawai hidup dan dawai neutral di sambungkan dalam palam 2 pin.

Ringkasan fungsi komponen dan warna dawai dalam palam 3-pin

Dawai hidup (Live Dawai neutral Dawai bumi (Earth Fius
wire) (Neutral wire) wire)
• Dawai dalam fius
–Warna perang –Warna biru – Warna kuning melebur dan
berbelang hijau memutuskan
• Mengalir kan arus • Mengalirkan arus pengaliran arus
dari pencawang dari alat elektrik • Mengalirkan arus apabila arus
bahagian ke alat kembali ke terbocor dari alat yangberlebihan
elektrik. pencawang elektrik ke bumi. mengalir melaui
bahagian alat elektrik
(semasa berlaku
litar pintas)

Peta Buih: Komponen Keselamatandalam Sistem Pendawaian Di Rumah

Suis

Pemutus

Fius litar

Komponen (ELCB)

keselamatan

Pemutu Pengalir
litar kilat
(MCB)

Pengalir kilat
1. Pengalir kilat merupakan suatu komponen keselamatan yang dipasang di puncak tertinggi sebuah

bangunan dan disambung terus ke Bumi dengan menggunakan jakur besi tebal.
2. Semasa hujan yang disertai kilat, kilat akan menyambar pengalir itu dan arus elektrik akan mengalir

melalui jalur besi yang disambungkan ke Bumi. Pengaliran arus elektrik ini berlaku tanpa berlaku
sebarang kerosakan pada bangunan tersebut.

Fius
1. Fius merupakan seutas wayar halus yang pendek, yang mudah menjadi panas dan melebur apabila arus

yang mengalir melaluinya lebih besar daripada nilai fiusnya.
2. Fius dibahagikan kepada dua jenis:

i. Fius katrij

ii. Fius wayar boleh ganti

3. Nilai fius ialah nilai maksimum arus elektrik yang boleh mengalir melalui fius tanpa menyebabkan wayar
fiusnya melebur.

4. Nilai fius yang selalu digunakan termasuklah 1A, 2A, 3A, 5A, 10A, 13A, 15A, dan 30A.
5. Nilai fius yang dipilih lazimnya lebih tinggi sedikit daripada arus maksimum yangmengalir melaui suatu

litar atau peralatan elektrik.

Keselamatan Dalam Penggunaan Peralatan Elektrik

1. Wayar bumi menyambungkan bahagian logam pada suatu alat elektrik secara terus ke
Bumi.

2. Sekiranya dawai hidup menyentuh bahagian logam pada suatu alat elektrik yang
dipasang dengan wayar Bumi, arus elektrik yang besar akan mengalir secara terus ke
Bumi melalui wayar Bumi. Arus elektrik yang besar ini akan meleburkan fius fius
seterusnya memutuskan litar tersebut.

Komponen utama Fungsi
Kotak fius utama Mengawal aliran masuk arus dari kabel utama
Meter elektrik Mengira penggunaan eletrik
Suis utama Mengawal aliran arus pada litar di dalam rumah
Pemutus litar Memutuskan litar jika berlaku lebihan arus

6.4 PENGIRAAN KOS PENGGUNAAN ELEKTRIK

Kecekapan Tenaga

Kecekapan tenaga ialah peratus tenaga input yang dibekalkan diubah kepada bentuk tenaga output yang
berfaedah.

Kecekapan tenaga = ℎ x 100%


Rumus Jumlah Arus yang Melalui Peralatan Elektrik

Kuasa elektrik P, ialah kadar tenaga elektrik yang digunakan. Unit S.I bagi kuasa ialah watt (W) dan masa
ialah saat (s). Kuasa 1 watt (W) bermaksud 1 Joule (J) tenaga elektrik dalam masa 1 saat.

Kuasa elektrik P, (W) = Tenaga elektrik yang digunakan E, (J)
Masa yang di ambil t, (s)

Unit: Watt (W)

1 kilowatt = 1000 W

Arus elektrik, I ditakrifkan sebagai kadar pengaliran cas elektrik, Q, melalui suatu konduktor. Unit S.I bagi arus
elektrik ialah ampere (A) dan cas elektrik ialah coulomb (C).

Arus elektrik, I (A) = Cas elektrik, Q, (C) (s)
Masa yang di ambil t,

Voltan V, pada suatu konduktor ditakrifkan sebagai tenaga elektrik, E, yang digunakan untuk menggerakan
seunit cas elektrik, Q, melalui konduktor tersebut. Unit S.I bagi voltan ialah volt (V).

Voltan V, (V) = Tenaga elektrik yang digunakan E, (J)
Cas elektrik, Q, (C)

Contoh:

1. Sebuah alat elektrik bertanda 150W dan dibekalkan dengan voltan 250 V. Hitung arus elektrik yang mengalir

menerusi alat itu.

Arus I, (A) = kuasa (W) = 150 = 0.6 A
voltan (V) 250

2. Sebuah pengering rambut mempunyai label 2.5 kW, 240 V. Hitungkan kuantiti yang berikut.

a) Arus yang mengalir melalui pengerig rambut.

Dengan menggunakan rumus P= VI

I =

2.5
= 240

= 10.42 A.

b) Tenaga elektrik yang digunakan jika pengering rambut disambung pada bekalan 240V selam a15 minit

dalam unit yang berikut: ii) kWj

i. J P =

P =
E = Pt

E = Pt = 2.5 kW x 15 min

= 2.5 kW x 15 min = 2.5 kW x 0.25 j

= 2500W x 900s = 0.625 kWj

= 2250000 J

Penggunaan Tenaga Elektrik dalam Peralatan Elektrik

1. Unit yang lazim digunakan untuk tenaga elektrik ialah kilowatt-jam (kWj).
2. 1 kilowatt-jam ialah tenaga elektrik yang digunakan pada kadar 1kilowatt atau 1000 watt dalam masa 1

jam.

Tenaga elektrik yang digunakan (kWj) = Kuasa (kW) x Masa (j)

Contoh:
Sebuah alat elektrik yang mempunyai kuasa 1 kW (1000W) digunakan selama 5 jam. Hitung tenaga elektrik
yang digunakan.
Tenaga elekrik (kWj) = Kuasa (kW) x masa (j)

=1x5
= 5 kWj
3. Satu unit tenaga elektrik bermakna satu kilowatt-jam (kWj) tenaga elektrik.

1 kWj = 1unit tenaga

3. Kos penggunaan tenaga elektrik lazimnya ditentukan dengan menggunakan rumus berikut:

Kos penggunaan tenaga elektrik = bilangan unit x kos penggunaan per unit

Contoh:

Sebiji lampu 60 W menyala selama 3jam pada keadaan normal. Hitung tenaga elektrik yang digunakan oleh

lampu itu? Seterusnya kira kos tenaga elektrik yan digunakan untuk menyalakan lampu itu jika kadar bagi

setiap unit ialah 14sen.

Tenaga elektrik yang digunakan (kWj) = kuasa elektrik (kW) x masa (j)

= 80 W x 3j

= 80 3
1000

= 0.24 kWj

= 0.24 unit

Kos tenaga yang digunakan = 0.24 unit x 14 sen = 3.36sen

Kaedah Penjimatan Penggunaan Tenaga Elektrik

1. Selain dari penjimatan penggunaan tenaga elektrik melalui penggunaan peralatan
elektrik yang mempunyai kecekapan tenaga yan tinggi, ciri bangunan hijau yang
menggunakan konsep penjimatan kos penggunaan tenaga termasuklah tenaga elektrik
yang digunakan.

Pemasangan panel suria Reka bentuk bangunan yang
sebagai sumber tenaga memaksimakan

boleh baharubagi pencahayaan semula jadi
menggantikan sumber yang untuk mengurangkan kos
tidak boleh baharu untuk penggunaan elektrik bagi

menjana tenaga elektrik tujuan pencahayaan.
yang digunakan dalam

bangunan hijau.

Bangunan yang mempunyai
sistem pengudaraan yang
cekap bagi mengurangkan
penggunaan alat penghawa

dingin dan kipas

CIRI-CIRI
BANGUNAN

HIJAU

JIMATKAN TENAGA... -END-
ummu amalin JUN 19