DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X 2. Hukum Kirchoff II “Dalam suatu rangkaian listrik tertutup jumlah antara sumber tegangan dengan kerugian- kerugian tegangan sama dengan nol”. Kerugian tegangan merupakan besarnya tegangan dari hasil kali antara besarnya arus dengan hambatan. Rumus hukum kirchoff II: ∑V - ∑IR = 0 atau ∑V = ∑IR Hukum kirchoff II pada rangkaian tertutup berbunyi “jumlah GGL (∑ε) dan jumlah penurunan tegangan (IR) sama dengan nol” Rumus: ∑ε - ∑IR = 0 Langkah-langkah menganalisis suatu rangkaian: a. Pilih loop dengan masing-masing lintasan tertutup dengan arah tertentu. pemilihan arah loop bebas, akan tetapi apabila memungkinkan usahakan pilih searah dengan jarum jam. Gambar. 3.12 Arah loop searah dan berlawanan jarum jam Sumber: ruangguru (2018)
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X b. Pada suatu cabang, apabila arah loop sama dengan arah arus, maka penurunan tegangan (IR) positif, apabila berlawanan arah maka IR negatif. Gambar. 3.13 penurunan tegangan positif dan 3.14 penurunan tegangan negatif Sumber: ruangguru (2018) c. Jika mengikuti arah loop, kutub sumber tegangan yang lebih dulu dijumpai kutub positif maka GGL bernilai positif. Tetapi, jika kutub yang dijumpai lebih dulu adalah kutub negatif, maka GGL bernilai negatif. Gambar. 3.14 GGL Positif dan 3.15 GGL negatif Sumber: ruangguru (2018)
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X Dengan menggunakan rumus hukum kirchoff II, besar kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian adalah? Diketahui: ε1 = 6V ε2 = 12V R1 = 2 Ω R2 = 6 Ω R3 = 4 Ω Ditanya: I? Penyelesaian: ∑ε - ∑IR = 0 - ε2 + ε1 + IR3 + IR2 + IR1 = 0 -12 + 6+ I (14) + I (16) + I (2) = 0 12I – 6 = 0 12I = 6 I = 6 12 = 0,5 A Contoh Soal!!
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X D. Rangkaian seri Rangkaian seri merupakan suatu rangkaian listrik yang hanya terdiri dari satu jalur tempat arus listrik mengalir dari sumber arus listrik. Rangkaian seri terdiri dari beban listrik yang dihubungkan ke catu daya lewat satu rangkaian. Gambar 3.16 rangkaian seri Sumber: thecityfoundr.com (2023) Prinsip pada rangkaian seri yaitu apabila terdapat lampu 1, lampu 2, dan lampu 3 berada pada jalur dan sumber yang sama maka akan tidak menyala jika saklar dimatikan. Rumus dari rangkaian seri adalah: Rs = R1 + R2 + R3…. Keterangan: Rs = hambatan total rangkaian seri (Ω) R1 = hambatan ke-1 R2 = hambatan ke-2 R3 = hambatan ke-3
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X Terdapat tiga buah lampu yang masing-masing bernilai 6 Ω, 4 Ω, dan 8 Ω. Apabila tegangan sumber 20 Volt, maka besar kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian adalah? Diketahui: R1 = 6 Ω R2 = 4 Ω R3 = 8 Ω V = 20 Volt Ditanya? I Penyelesaian: R1, R2, dan R3 dirangkai seri, sehingga hambatan totalnya adalah: R = R1 + R2 + R3 R = 6+ 4 + 8 R = 18 Ω Sehingga, kuat arus: I = = 12 18 Ω = 0,667 A Contoh Soal!!
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X E. Rangkaian paralel Rangkaian paralel merupakan rangkaian dengan beban yang dipasang secara berderet, sehingga pada setiap beban tidak akan saling terhubung, tetapi memiliki sumber yang sama. Gambar 3.17 rangkaian paralel Sumber: thecityfoundr.com (2022) Rumus rangkaian paralel: Itotal = I1 + I2 + I3 + In Vtotal = V1 + V2 + V3 + Vn 1 = 1 1 + 1 2 + 1 3 … Keterangan: Rtotal = hambatan total (Ω) R1 = hambatan ke-1 R2 = hambatan ke-2 R3 = hambatan ke-3
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X Tentukan besar kuat arus yang mengalir pada rangkaian! Diketahui: R1 = 5 Ω R2 = 10 Ω R3 = 5 Ω V = 24 Volt Ditanya: I? Penyelesaian: Tentukan besar hambatan total 1 = 1 1 + 1 2 + 1 3 1 = 1 5 + 1 10 + 1 5 1 = 2 + 1 + 2 10 1 = 5 10 Rtotal = 2Ω Selanjutnya, tentukan kuat arus listrik I = I = 24 2 I = 12A Jadi, kuat arus yang mengalir sebesar 12 Ampere Contoh Soal!!
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X F. Rangkaian kombinasi seri parallel Rangkaian kombinasi seri-paralel merupakan rangkaian gabungan dari rangkaian seri dan paralel. Sehingga karakteristik dan hukum yang berlaku pada rangkaian kombinasi seri-paralel akan mengikuti rangkaian seri dan rangkaian parallel. Gambar 3.18 rangkaian paralel Sumber: thecityfoundr.com (2022) Rumus rangkaian kombinasi seri-paralel: Rtotal = Rs + Rp Keterangan: Rtotal = hambatan total (Ω) Rs = hambatan pada rangkaian seri (Ω) Rp = hambatan pada rangkaian parallel (V) Cara menghitung nilai dari rangkaian campuran dilakukan dengan melihat nilai dari tahanan dan besar hambatan. Artinya, dapat menggunakan hukumhukum yang terdapat pada rangkaian seri dan rangkaian parallel.
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X Sebuah instalasi listrik dihubungkan dengan jenis rangkaian paralel. Dimana rangkaian tersebut memiliki tahanan sebesar 56 Ω dan 33 Ω. Kemudian, terdapat tahanan yang dihubungkan secara seri dengan besar hambatan 47 Ω. Hitung hambatan total pada rangkaian. Diketahui: R1 = 56 Ω R2 = 33 Ω Rseri = 47 Ω Ditanya: Rtotal? Penyelesaian: Untuk menghitung tahanan total parallel adalah: 1 = 1 1 + 1 2 1 = 1 56 + 1 33 1 = 89 1848 89 Rt = 1848 Rt = 1848 89 = 20,8 Ω Untuk hambatan total gabungan antara rangkaian seri dan parallel adalah: Rt = R1 + R2 + R3+… + Rn Rt = 20,8 + 47 Rt = 64,8 Ω Jadi, nilai hambatan total pada rangkaian sebesar 64,8 Ω Contoh Soal!!
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X Atom merupakan bagian terkecil pada suatu materi yang tidal bisa dibagi lagi menjadi sebuah bagian-bagian tertentu. Electron pada sebuah atom memiliki muatan elementer negative (-) sedangkan proton memiliki muatan elementer positif (+). Muatan listrik terdiri dari muatan positif dan muatan negative. Muatan yang sejenis akan tolak-menolah sementara muatan yang tidak sejenis akan Tarik-menarik. Ion merupakan suatu atom atau molekul yang memiliki muatan listrik total tidak nol (jumlah total electron tidak sama dengan jumlah proton). Beda potensial memiliki satuan Volt (V). dua benda yang memiliki beda potensial dapat mengeluarkan arul listrik apabila kedua benda tersebut dihubungkan dengan suatu penghantar. Kuat arus listrik dapat dinyatakan: = Keterangan: I= kuat arus (A) Q= muatan listrik (Coulomb) T= waktu (s) Rumus Hambatan terhadap resistivitas (tahanan jenis) adalah = Dimana: R = Hambatan (Ω) Ρ = tahanan jenis (Ωm) L = Panjang penghantar (m) A = Luas Penampang Penghantar (mm2) Rumus daya listrik adalah: P = V I atau P + I2 R Keterangan: P = daya (Watt) V = Tegangan (Volt) I = Arus (Ampere) R = Tahanan (Ω) RINGKASAN
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X Komponen aktif merupakan komponen yang memerlukan sumber arus listrik eksternal untuk pengoperasiannya. Komponen aktif pada rangkaian adalah sumber tegangan dan sumber arus. Komponen pasif merupakan komponen yang tidak menghasilkan energi. Contoh komponen pasif adalah resistor, kapasitor, dan induktor. Bentuk Persamaan Untuk Hukum Ohm adalah: Kuat Arus (I) = () () atau I = Rumus Hukum Kirchoff I: ∑I Masuk = ∑I Keluar Rumus hukum kirchoff II: ∑V - ∑IR = 0 atau ∑V = ∑IR Rumus dari rangkaian seri adalah: Rs = R1 + R2 + R3…. Rumus rangkaian paralel: Itotal = I1 + I2 + I3 + In Vtotal = V1 + V2 + V3 + Vn 1 = 1 1 + 1 2 + 1 3 …
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X Sebuah keluarga berlangganan listrik PLN dengan batas daya 900 VA dan menggunakan sistem prabayar dari PLN. Pada rumah tersebut terdapat dua lampu TL 20 Watt yang menyala selama 5 jam/hari, 5 buah lampu LED 25 Watt yang menyala 6 jam/hari, sebuah setrika 250 Watt yang menyala 2 jam/hari, sebuah televisi 200 Watt yang menyala 2 jam/hari, sebuah kipas angin 100 Watt yang menyala 4 jam/hari. Rumah tersebut memiliki genset yang bisa menghasilkan daya 800 watt. Kira-kira berapa jumlah energi yang dihabiskan oleh keluarga tersebut dalam 30 hari? Diskusikan dengan kelompokmu dan mari kita pecahkan dengan langkah-langkah Creative Problem Solving!! Klasifikasi Masalah Dari informasi pada LKPD, masalah apa yang dapat diidentifikasi? Jawab: Alternatif jawaban: Jumlah pemakaian energi dalam kurun waktu 30 hari Lembar Kerja Peserta Didik
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X Pengungkapan Pendapat Dari informasi pada LKPD, fakta-fakta apa yang kamu dapatkan? Jawab: Alternatif jawaban: - Batas daya 900 VA - 2 lampu TL 20 watt menyala 5 jam/hari - 5 LED lampu 25 watt menyala 6 jam/hari - 1 setrika 250 watt menyala 2 jam/hari - 1 televisi 200 watt menyala 10 jam/hari - Kipas angin 100 watt menyala 4 jam/hari - Terdapat genset dengan kapasitas daya 800 watt Evaluasi Pemilihan Penyelesaian Masalah Identifikasi penyelesaian persoalan dan tuliskan jawabanmu pada tabel, pilihlah informasi yang bisa kamu gunakan untuk menyelesaikan persoalan! No Nama Barang Jumlah Daya Listrik (watt) Lama Pemakaian (dalam sekon) Energi listrik (dalam kWh) 1 2 3 Dst.. Total Energi Listrik Jumlah Energi per 30 hari = total energi x hari
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X Implementasi Setelah menyelesaikan persoalan, identifikasi kembali apabila pemilik rumah menambah daya listrik menjadi 1200 VA, apakah akan berpengaruh terhadap besar daya listrik yang digunakan? Diskusikan dan jelaskan alasannya! Jawab:
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X Terdapat lampu pijar 220 Volt/ 40 watt. Suatu ketika lampu tersebut menyala semakin terang atau sebaliknya tiba-tiba menjadi redup. Mengapa hal ini bisa terjadi? Apakah dalam keadaan tersebut tegangan dan arus yang terdapat dalam lampu pijar masih sama seperti keadaan awal? Diskusikan dengan kelompokmu dan mari kita pecahkan dengan langkah-langkah Creative Problem Solving!! Klasifikasi Masalah Dari informasi pada LKPD, masalah apa yang dapat diidentifikasi? Jawab: Alternatif Jawaban: - Apakah penyebab lampu menyala redup dan terang? - Apakah terdapat perbedaan besar tegangan dan arus? Pengungkapan Pendapat Dari informasi pada LKPD, tuliskan pendapatmu mengenai persoalan! Jawab: Lembar Kerja Peserta Didik
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X Evaluasi Pemilihan Penyelesaian Masalah Setelah menuliskan pendapatmu, cari video di internet mengenai penurunan rumus hukum ohm dan hukum kirchoff II, kemudian paham dan catatlah isi dari video tersebut! Jawab: Implementasi Apakah terdapat kaitan antara permasalahan dengan hukum ohm dan hukum kirchoff? Tuliskan hasil diskusimu dan presentasikan! Jawab:
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X Petunjuk Pengerjaan Soal a. Latihan soal pada tes formatif ini dilakukan setelah tuntas mempelajari kegiatan pembelajaran 1 b. Bacalah soal dengan seksama c. Pilih salah satu jawaban yang benar d. Waktu untuk menjawab soal ini maksimal 40 menit Soal Tes Formatif Siswa 3 1. Komponen penyusun atom adalah a. Nucleus dan Elektron b. Proton dan Nucleus c. Neutron dan Elektron d. Proton dan Neutron 2. Satuan untuk muatan adalah? a. Ampere b. Volt c. Coulomb d. Ohm 3. Satuan untuk beda potensial adalah? a. Ampere b. Volt c. Coulomb d. Ohm 4. Faktor yang mempengaruhi besar energi listrik, kecuali.. a. Frequensi b. Daya c. Tegangan d. Arus 5. Sebuah lampu dipasang dengan hambatan 6 Ω pada tegangan 18 Volt. Hitung kuat arus listrik yang mengalir pada lampu! a. 1,2 A b. 12 A c. 0,3 A d. 3 A
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X 6. Handphone merupakan perangkat elektronik yang menggunakan arus DC, sementara charger handphone harus disambungkan ke listrik PLN yang menrupakan arus AC. Mengapa handphone bisa mengisi daya dengan dua sumber arus yang berbeda? a. Karena menggunakan adaptor b. Karena menggunakan baterai c. Karena menggunakan transistor d. Karena menggunakan solar sel 7. Berikut ini merupakan sumber arus DC, kecuali.. a. Baterai b. Bias sel c. Aki d. Generator AC 8. Sebuah resistor memiliki warna merah, merah, coklat, dan emas. Berapa nilai hambatan pada resistor? a. 220 Ω dengan toleransi 5% b. 210 Ω dengan toleransi 10% c. 180 Ω dengan toleransi 5% d. 220 Ω dengan toleransi 10% 9. Berikut ini merupakan beban inductor yang dapat digunakan dlaam sehari-hari kecuali? a. Kumparan kawat b. Transformator c. Resistor d. Motor listrik 10. Jenis-jenis kapasitor tetap kecuali a. kapasitor elektrolit b. kapasitor kertas c. kapasitor elektrolit d. kapasitor trimmer 11. berikut ini merupakan komponen aktif kecuali a. generator DC b. listrik PLN c. resistor d. adaptor
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X 12. Sepotong kawat dihubungkan pada beda potensila 6V. jika kuat arus yang melalui kawat sebesar 2A, berapa hambatan kawat tersebut? a. 12 Ω b. 3 Ω c. 8 Ω d. 4 Ω 13. Sebuah rangkaian listrik memiliki hambatan seri 2 buah dengan nilai 4 Ω dan 5 Ω dengan besar kuat arus 1 Ampere. Berapa beda potensial pada rangkaian? V= I x R a. 9 A b. 18 A c. 1 A d. 5 A 14. kuat arus yang mengalir pada I1 adalah 20A, I2 adalah 4A, dan I4 adalah 8 Ampere. Tentukan I3 a. 9A b. 10A c. 8A d. 7A 15. Perhatikan rangkaian di bawah ini.apabila R1 = 2 Ω, R2 = 4V, R3= 1V, E1 = 12 V, dan E2 = 8 V. maka berapakah daya pada R1? a. 9 Watt b. 10 Watt c. 8 Watt
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X d. 7 Watt 16. Suatu hambatan 30 Ω dihubungkan dengan baterai. Kuat arus yang mengalir adalah 2/3 Ampere. Hitung nilai tegangan pada baterai.. a. 10 Volt b. 40 Volt c. 20 Volt d. 30 Volt 17. Tiga buah hambatan dirangkai secara parallel. Jika nilai hambatan totalnya 0,75 Ω. Tentukan besar pada masing-masing hambatan. a. 0,25 Ω b. 4 Ω c. 3,75 Ω d. 2,25 Ω 18. Perhatikan gambar berikut! Apabila R1 = 2 Ω, R2 = 3 Ω, dan R3 = 5 Ω, dan tegangan totalnya 24 Volt. Hitung besar arus yang mengalir pada rangkaian a. 10 A b. 240 A c. 2,4 A d. 1 A 19. Perhatikan gambar berikut!
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X Kuat arus yang mengalir pada melalui rangkaian listrik adalah a. 0,5 A b. 1,0 A c. 0,75 A d. 0,25 A 20. Pada rangkaian campuran terdapat rangkaian seri dan parallel. Yang termasuk rangkaian parallel adalah Rp1 = 4 Ω dan Rp2 = 12 Ω sedangkan rangkaian seri Rs1 = 2 Ω dan Rs2 = 4 Ω. Sedangkan untuk tegangannya sebesar1V. Berapa kekuatan arus totalnya? a. 3 A b. 9 A c. 1,2 A d. 1,3 A
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X SISTEM LISTRIK ARUS BOLAK-BALIK Tujuan Pembelajaran: 1. Menjelaskan prinsip listrik AC 2. Menganalisis pembebanan listrik AC Kegiatan Pembelajaran: - Kegiatan Pendahuluan: 1. Guru membuka pembelajaran diawali dengan berdoa Bersama 2. Guru menyampaiakan motivasi dan apresiasi pembelajaran 3. Guru melakukan presensi siswa - Kegiatan Inti: 1. Guru menjelaskan tujuan pembelajaran. 2. Guru membagikan siswa kedalam beberapa kelompok. 3. Guru menampilkan E-Modul kepada siswa serta memberikan pemahaman terkait materi yang dipelajari. 4. Guru meminta siswa untuk melakukan literasi pada E-Modul Kegiatan Pembelajaran 4. 5. Guru meminta siswa dalam masing-masing kelompok berdiskusi untuk menyelesaikan LKPD 6. Siswa mempresentasikan hasil diskusi yang dibuat secara bergantian, dan kelompok lain menanggapi - Kegiatan Penutup: 1. Guru menanyakan hal yang tidak dipahami siswa dan memberikan kesimpulan pembelajaran 2. Guru memberikan asesmen formatif untuk mengetahui pemahaman siswa dalam mempelajari materi pembelajaran 3. Guru menutup kegiatan dengan memberikan apresiasi kepada siswa dan melakukan tindak lanjut hasil jawaban siswa serta diakhiri dengan berdo’a Bersama dan salam.
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X PENGUASAAN MATERI A. Listrik AC Secara matematik, arus dan tegangan AC berbentuk gelombang sinus seperti gambar di bawah ini: Gambar 4.1 Grafik Sinusoidal Pada grafik diatas, terlihat bahwa tegangan dari puncak ke puncak (Vpp) = 2 kali tegangan maksimum (Vm) Besarnya arus dan tegangan bolak-balik dirumuskan dengan: I = Imaks sin ωt V = Vmaks sin ωt Rangkaian AC (Alternating Current) merupakan rangkaian listrik yang memiliki besar arus dan tegangan berubah terhadap waktu dan dapat mengalir dalam dua arah (bolak-balik). Sumber arus bolak-balik adalah generator arus bolak-balik (AC). Generator AC menghasilkan tegangan dan arus AC yang berbentuk gelombang sinus. Besaran arus dan tegangan pada AC bisa diukur dengan menggunakan alat ukur berupa osiloskop. hasilkan tegangan dan arus AC yang berbentuk gelombang sinus.
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X a. Besaran Pada Arus Bolak-balik (AC) 1. Periode (T) Periode merupakan waktu yang dibutuhkan untuk melakukan satu gelombang penuh (30 derajat) Rumus periode: Dimana: T = periode (detik) (s) F = Frekuensi (Heartz) (Hz) 2. Frekuensi (F) Frekuensi adalah banyaknya gelombang dalam satu satuan waktu (detik) Rumus Frekuensi: Dimana: T = periode (detik) (s) F = Frekuensi (Heartz) (Hz) 3. Tegangan Maksimal (Vmax) Tegangan maksimal adalah tegangan dengan harga maksimum dari tegangan nominal. Vmax bisa juga disebut dengan tegangan puncak. 4. Tegangan Puncak-puncak (Vpp) Vpp merupakan tegangan dari puncak (Vmax) hingga ke lembah. Karena gelombang bersifat simetris (puncak dan lembah sama), maka: Dimana: Vpp = Volt (V) Vmax = Volt (V) T = F = Vpp = 2 x Vmax
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X b. Harga pada arus bolak-balik (AC) 1. Tegangan rata-rata/average (Vavg) Harga rata-rata arus AC adalah harga arus bolak-balik yang setara dengan suatu harga arus rata (DC) dalam waktu yang sama dapat memindahkan sejumlah listrik yang sama. Harga rata-rata dapat dirumuskan sebagai berikut: Dimana: Vavg = tegangan rata-rata (Volt) Vmax = tegangan maksimal (Volt) Π = phi (3,14) 2. Tegangan efektif (Vrms) Tegangan efektif merupakan tegangan yang terukut pada voltmeter ketika dilakukan pengukuran. Tegangan efektif dirumuskan sebagai berikut: atau Dimana: Vrs = tegangan efektif (Volt) Vmax = tegangan maksimal (volt) Vavg = Vrms = √ Vrms = Vmax x 0.707
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X c. Fasa pada arus bola-balik (AC) Fasa merupakan sistem kelistrikan arus bolak-balik (AC) berdasarkan jumlah gelombang tegangan. Di Indonesia terdapat 2 sistem fasa yaitu: - Sistem 1 fasa, merupakan sistem kelistrikan yang menggunakan 1 gelombang sinusoidal yaitu menggunakan 1 kawat bertegangan seperti sistem kelistrikan AC secara umum dirumah-rumah. Gambar 4.2 single fasa Sumber: meter digital (2016) - Sistem 3 fasa, merupakan sistem kelistrikan yang menggunakan 3 gelombang yaitu menggunakan 3 kawat bertegangan dengan pergeseran fasa sebesar 120 derajat. Gambar 4.3 tiga fasa Sumber: meter digital (2016)
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X B. Pembebanan Listrik AC a. Pembebanan RLC Setiap benda yang beroperasi dengan menggunakan listrik AC akan membutuhkan energi atau daya listrik, namun pada setiap benda akan memiliki karakteristik tersendiri terhadap penggunaan dayanya. Pada listrik AC terdapat 3 jenis elemen yang dijadikan sebagai beban yaitu beban resisted, induktif, dan kapasitif. Tetapi beban yang biasa digunakan dalam kehidupan sehari-hari hanya tiga yaitu beban resistif dan beban kapasitif. Pada beban kapasitif, induktif, dan campuran terdapat faktor daya (cos phi), karena terdapat pergeseran fasa (gelombang arus dan tegangan tidak sefasa). 1. Impedansi (Z) Beban pada rangkaian AC Disebut Impedansi dan disimbolkan dengan “Z”. impedansi terdiri dari bilangan kompleks (real dan imajiner). Bagian real dan imajiner merupaka reaktansi. Impedansi merupakan gesekan terhadap perubahan arus dalam rangkaian yang diukur dalam Ohm. Bagian dalam impedansi yaitu: ➢ Resistansi (R), merupakan bagian real (sebuah konstanta tidak bergantung pada frekuensi), muncul karena adanya resistor dalam rangkaian. ➢ Reaktansi (X), merupakan bagian imajiner (sebuah bilangan kompleks bergantung pda frekuensi), muncul karena adanya kapasitor atau induktor dalam rangkaian.
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X Gambar 4.4 Impedansi Sumber: wira electrical (2023) Rumus Impedansi: Z = √ + Dimana: Z = Nilai Impedansi (Z) XT = Reaktansi total (XL – XC) Elemen yang digunakan dalam menghitung impedansi (Z) dalam rangkaian AC, adalah: ➢ Resistansi (R) Resistansi dapat dinyatakan dalam: R = resistansi (R = ) Rumus impedansi pada resistor ZR = R Dimana: ZR = impedansi resistor R = resistansi
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X ➢ Kapasitansi (C) Rumus impedansi kapasitor ZC = − Dimana: ZC = impedansi kapasitor ω = 2πf f = frekuensi sinyal C = kapasitansi Rumus reaktansi kapasitif: XC = Dimana: XC = rekatansi kapasitif (Ω) f = frekuensi (Hz) C = Kapasitansi (Farad (F)) ➢ Induktansi (L) Rumus impedansi inductor: ZL = j ω L Dimana: ZL = Impedansi inductor ω = 2πf f = frekuensi sinyal j = bilangan imajiner L = induktansi Rumus reaktansi induktif: XL = 2 π f L Dimana: XL = reaktansi induktif (Ω) f = frekuensi (Hz) L = induktansi (henry (H)) ➢ Frekuensi (f) Frekuensi mempengaruhi nilai impedansi, apabila frekuensi mengalami peningkatan, maka impedansi pada konduktor juga akan mengalami peningkatan. Pada inductor, apabila frekuensi rendah, maka nilai impedansi akan rendah.
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X 2. Beban Resistif (R) Gambar 4.5 Beban Resistif Sumber: the city foundry (2023) Beban resistif adalah sebuah peralatan listrik yang didalamnya terdapat komponen yang bekerja dengan sistem resistansi. Jenis benda ini hanya mengonsumsi daya aktif. Beban resistif tidak akan mengakibatkan perubahan faktor daya sehingga nilai dari cos phi tetap. Faktor daya (cos π) pada beban resistif bernilai 1. Jika gelombang arus dan tegangan sejajar, maka tidak terjadi pergeseran fasa, sehingga cos π = 1. Daya pada beban: P = V x I x cos π cos π = 1, sehingga Dimana: P = daya nyata (Watt) (W) V = tegangan (Volt) (V) I = Arus listrik (Ampere) (A) Contoh penggunaan beban resistif: ➢ Setrika ➢ Solder listrik ➢ Mesin penanak nasi ➢ Lampu, dll P = V x I x 1 P = V x I
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X 3. Beban induktif Beban induktif merupakan alat listrik yang menggunakan prinsip kerja induksi dan kawat penghantar. Kawat penghantar dillitkan pada bagian inti kumparan untuk menghambat laju arus pada rangkaian instalasi listrik. Lilitan tersebut menyebabkan gelombang tegangan tertinggal sehingga disebut lagging. Karakteristik dari alat yang menggunakan beban induktif yaitu aanya daya harmonic yang dihasilkan. Daya ini nantinya bisa menyerap daya aktif sekaligus daya reaktif dalam rangkaian. Sehingga, cos π pada rangkaian listrik juga akan mengalami penurunan. Faktor daya (cos π) pada beban induktif adalah <1. Disebabkan pergeseran fasa sehingga menyebaban munculnya sudut tertentu. Gambar 4.6 Beban Induktif Sumber: the city foundry (2023) Rumus daya pada beban: Dimana: P = daya nyata (Watt) (W) V = tegangan (Volt) (V) I = Arus listrik (Ampere) (A) P = V x I x cos π
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X cos π = faktor daya (0 s/d 1) Contoh penggunaan beban induktif: ➢ Mesin las listrik ➢ Lampu hemat energi ➢ Trafo ➢ Motor listrik ➢ Benda yang menggunakan motor listrik (kulkas, kipas angin, mesin cuci, dll) 4. Beban kapasitif Beban kapasitif merupakan beban yang berupa kapasitor. Kapasitor menyebabkan gelombang arus tertinggal, sehingga tegangan mendahului arus dan disebut dengan leading. Beban kapasitif biasanya memiliki kemampuan kapasitansi yaitu tingkat kemampuan penyerapan energi listrik sementara. Sehingga, daya aktif akan diserap dan sebaliknya daya reaktid akan dihilangkan. Beban kapasitif biasa digunakan memperbaiki fator daya agar menghemat konsumsi energi listrik. Faktor daya (cos π) pada beban kapasitif adalah <1. Dikarenakan terdapat pergeseran fasa sehingga menimbulkan sudut tertentu. Gambar 4.7 Beban Induktif Sumber: the city foundry (2023)
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X Rumus daya beban: Dimana: P = daya nyata (Watt) (W) V = tegangan (Volt) (V) I = Arus listrik (Ampere) (A) cos π = faktor daya (0 s/d 1) b. Daya Listrik AC Daya listrik (electrical power) adalah jumlah energi yang diserap atau dihasilkan dalam sebuah sirkuit/rangkaian. Sumber energi seperti tegangan listrik menghasilkan daya listrik sedangkan beban yang terhubung dengannya akan menyerap daya listrik tersebut. Daya listrik merupakan tingkat konsumsi energi dalam sebuah rangkaian listrik. Pada listrik AC dikenal 3 jenis daya yang biasa dinyatakan dalam segitiga daya. Gambar 4.8 segitiga daya Sumber: rakhman.net (2022) P = V x I x cos π
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X 1. Daya nyata (P) Daya nyata adalah daya yang sesungguhnya digunakan oleh beban listrik. Daya nyata akan mengubah energi menjadi jenis energi lainnya. Misalnya setrika, dimana energi listrik diubah menjadi energi panas. Satuan untuk daya nyata adalah Watt (W) Gambar 4.9 Daya Nyata Sumber: the city foundry (2023) Rumus daya nyata: Dimana: P = daya nyata (Watt) (W) V = tegangan (Volt) (V) I = Arus listrik (Ampere) (A) cos φ = faktor daya 2. Daya Reaktif (Q) Daya reaktif adalah daya yang digunakan untuk membangkitkan medan magent pada kumparan/lilitan. Atau secara sederhana dapat dipahami merupakan daya yang tercipta karena pergeseran phase gelombang arus dan gelombang tegangan. Dalam penggunaan energi listrik daya reaktif menyebabkan kerugian penggunaan energi listrik. Satuan untuk daya reaktif adalah Volt Ampere Reaktif (VAR). P = V x I x cos φ
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X Rumus daya reaktif: Dimana: P = daya nyata (Watt) (W) V = tegangan (Volt) (V) I = Arus listrik (Ampere) (A) sin φ = faktor daya 3. Daya semu (S) Daya semu atau daya total adalah seluruh daya yang digunakan pada beban, yaitu penggabungan Daya Nyata (P) dengan Daya Reaktif (Q). Daya semu merupakan daya yang dibaca oleh PLN melalui kWh meter yang kemudian kita bayar sebagai pengguna listrik. Satuan daya semu adalah Volt Ampere (VA). Rumus daya semu: Dimana: S = Daya Semu/Daya Total (VA) V = tegangan (Volt) (V) I = Arus listrik (Ampere) (A) P = V x I x sin φ S = V x I
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X Rangkaian AC (Alternating Current) merupakan rangkaian listrik yang memiliki besar arus dan tegangan berubah terhadap waktu dan dapat mengalir dalam dua arah (bolak-balik). Sumber arus bolak-balik adalah generator arus bolak-balik (AC). Generator AC menghasilkan tegangan dan arus AC yang berbentuk gelombang sinus. Besarnya arus dan tegangan bolak-balik dirumuskan dengan I = Imaks sin ωt V = Vmaks sin ωt Sistem 1 fasa, merupakan sistem kelistrikan yang menggunakan 1 gelombang sinusoidal yaitu menggunakan 1 kawat bertegangan seperti sistem kelistrikan AC secara umum dirumah-rumah. Sistem 3 fasa, merupakan sistem kelistrikan yang menggunakan 3 gelombang yaitu menggunakan 3 kawat bertegangan dengan pergeseran fasa sebesar 120 derajat. Impedansi merupakan gesekan terhadap perubahan arus dalam rangkaian yang diukur dalam Ohm. Rumus Impedansi: Z = √2 + 2 Daya listrik merupakan tingkat konsumsi energi dalam sebuah rangkaian listrik. Pada listrik AC dikenal 3 jenis daya yang biasa dinyatakan dalam segitiga daya. RINGKASAN
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X Perhatikan rangkaian di bawah ini!!! Berdasarkan materi impedansi listrik AC, nilai hambatan pada listrik AC berbeda dengan DC. Untuk menentukan nilai hambatan, beban pada listrik AC harus dihitung terlebih dahulu dan disebut dengan impedansi. Coba tentukan tentukan nilai impedansi pada rangkaian AC diatas. Diskusikan dengan kelompokmu dan mari kita pecahkan dengan langkah-langkah Creative Problem Solving!! Klasifikasi Masalah Dari informasi pada LKPD, masalah apa yang harus diselesaikan? Jawab: Lembar Kerja Peserta Didik
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X Alternatif Jawaban: Menentukan nilai impedansi pada rangkaian AC Pengungkapan Pendapat Dari informasi pada LKPD, tentukan komponen dan besar nilai pada masing-masing komponen yang terdapat di dalam rangkaian! Jawab: Alternatif Jawaban: Resistor 100 ohm Kapasitor 500 µF = 0,0005 F Inductor 100 mH Tegangan (V): 220 V Frekuensi (f): 50 Hz Evaluasi Pemilihan Penyelesaian Masalah Kamu sudah menentukan komponen dan besar nilainya, sekarang lakukan penyelesaian persoalan untuk menentukan nilai impedansi! *Clue: tentukan nilai reaktansi induktif dan kapasitif terlebih dahulu, kemudian tentukan nilai impedansi Jawab:
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X Alternatif Jawaban: ➢ Menetukan nilai reaktansi induktif dan kapasitif: XL = 2 π f L = 2 x 3,14 x 50 x 0,1 = 31,4 Ω XC = 1 2πf XC = 1 2 x 3,14 x 50 x 0,0005 = 1 0,157 = 6,37 Ω ➢ Menghitung nilai impedansi: Z = √2 + (XL – XC) 2 = √1002 + ((31,4 − 6,37) 2) =√1002 + (25,032) = √1002 + 626 =√10626 =103,08 Ω Implementasi Setelah berhasil menentukan nilai impedansi, coba kamu diskusikan kembali bagaimana menentukan nilai hambatan pada rangkaian. Tuliskan hasil diskusimu dan presentasikan! Jawab: Alternatif Jawaban: I = I = = 220 103,08 = 2,13 A
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X Petunjuk Pengerjaan Soal a. Latihan soal pada tes formatif ini dilakukan setelah tuntas mempelajari kegiatan pembelajaran 1 b. Bacalah soal dengan seksama c. Pilih salah satu jawaban yang benar d. Waktu untuk menjawab soal ini maksimal 20 menit Soal Tes Formatif Siswa 1. Sumber arus listrik bolak balik (AC) adalah a. Resistor b. Generator c. Kapasitor d. Motor Listrik 2. Besaran arus dan tegangan pada AC bisa diukur dengan menggunakan alat ukur berupa a. Osiloskop b. Amperemeter c. Multimeter d. Barometer 3. Sistem fasa untuk listrik AC yang diterapkan di Indonesia yaitu a. 1 fasa dan 2 fasa b. 3 fasa c. 1 fasa dan 3 fasa d. 2 fasa
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X 4. Pada listrik AC terdapat 3 jenis elemen yang dijadikan sebagai beban, kecuali a. Resistif b. Induktif c. Kapasitif d. Reaktif 5. Berapa frekuensi pada gelombang listrik AC jika diketahui tegangan maksimalnya 100 V dan waktu 20 ms? a. 50 HZ b. 5 HZ c. 20 HZ d. 2 HZ 6. Tentukan tegangan rata-rata pada soal nomor 5 a. 63,69 V b. 6,369 V c. 636,9 V d. 6369 V 7. Sebuah sumber listrik AC diukur menggunakan Voltmeter, didapat hasol tegangan sebesar 220 Volt AC. Dari data tersebut 220 Volt merupakan tegangan a. V rata-rata b. V rms c. Vmax d. Vpp
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X 8. Fasa merupakan sistem kelistrikan arus bolak balik (AC berdasarkan jumlah a. Beban b. Frekuensi c. Tegangan d. Gelombang tegangan 9. Berapa nilai tegangan maksimum dan periode pada gelombang sinus di bawah ini? a. 100V dan 20s b. 100V dan 0,2s c. 100V dan 0,02s d. 100V dan 2s 10. Tentukan daya yang terukur pada sebuah alat elektronik apabila diketahui P = 200W, cos φ = 0,8, dan V= 220 V. a. 24992 VA b. 2449,2 VA c. 24,992 VA d. 249,92 VA
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X BAHAN TEKNIK KELISTRIKAN Tujuan Pembelajaran: 1. Memahami bahan konduktor 2. Memahami bahan isolator Kegiatan Pembelajaran: - Kegiatan Pendahuluan: 1. Guru membuka pembelajaran diawali dengan berdoa Bersama 2. Guru menyampaiakan motivasi dan apresiasi pembelajaran 3. Guru melakukan presensi siswa - Kegiatan Inti: 1. Guru menjelaskan tujuan pembelajaran. 2. Guru membagikan siswa kedalam beberapa kelompok. 3. Guru menampilkan E-Modul kepada siswa serta memberikan pemahaman terkait materi yang dipelajari. 4. Guru meminta siswa untuk melakukan literasi pada E-Modul Kegiatan Pembelajaran 5. 5. Guru meminta siswa dalam masing-masing kelompok berdiskusi untuk menyelesaikan LKPD 6. Siswa mempresentasikan hasil diskusi yang dibuat secara bergantian, dan kelompok lain menanggapi - Kegiatan Penutup: 1. Guru menanyakan hal yang tidak dipahami siswa dan memberikan kesimpulan pembelajaran 2. Guru memberikan asesmen formatif untuk mengetahui pemahaman siswa dalam mempelajari materi pembelajaran 3. Guru menutup kegiatan dengan memberikan apresiasi kepada siswa dan melakukan tindak lanjut hasil jawaban siswa serta diakhiri dengan berdo’a Bersama dan salam.
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X PENGUASAAN MATERI Gambar 5.1 Menyetrika Sumber: Istok (2021) Gambar 5.2 bahan listrik Sumber: mikirbae.com (2018) Ketika setrika dihubungkan ke sumber tegangan listrik, maka akan menghasilkan panas sehingga menghasilkan panas dan dapat digunakan untuk merapikan pakaian. Akan tetapi, mengapa tangan kita tidak tersengat oleh arus listrik yang terhubung ke sumber tegangan saat kita menyetrika? Pada setrika terdapat dua bahan listrik yaitu bahan konduktor dan bahan isolator. Mari pelajari mengenai Bahan Teknik Kelistrikan!!
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X A. Bahan Listrik Bahan listrik merupakan bahan yang dapat digunakan dalam peralatan, perlengkapan, dan alat bantu yang berhubungan baik langsung maupun tidak langsung dengan listrik. Bahan listrik mempunyai sifat-sifat sebagai berikut: 1. Sifat listrik atau dapat disebut sebagai kemampuan benda untuk menghambat atau mengalirkan arus listrik. 2. Sifta mekanis atau dapat disebut sebagai perubahan bentuk suatu benda akibat adanya gaya dari luar yang bekerja pada benda tersebut. 3. Sifat kimia atau dapat disebut juga perubahan susunan bahan kimia suatu benda akibat adanya reaksi antara benda tersebuat dengan lingkungan sekitar. 4. Sifat fisis atau biasa disebut sebagai perubahan volume suatu benda akibat adanya perubahan suhu pada benda tersebut. 5. Kombinasi sifat listrik, fisis, kimia, dan mekanis. B. Konduktor Gambar 5.3 bahan konduktor listrik Sumber: saintif (2020)
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X Konduktor merupakan bahan yang dapat menghantarkan panas atau listrik dengan mudah melalui zat padat, cair, dan gas. Bahan ini mempunyai daya hantar listrik yang besar dan tahanan listrik yang kecil. Selain itu bahan konduktor juga merupakan jenis logam yang mempunyai daya hantar listrik besar dan banyak digunakan adalah tembaga dan alumunium. Berikut merupakan syarat dan sifat bahan konduktor: a. Syarat-syarat bahan konduktor 1. Konduktifitasnya cukup baik 2. Kekuatan mekanismenya cukup tinggi 3. Koefisien muai panjangnya kecil 4. Modulus kenyalnya cukup besar b. Sifat-sifat bahan konduktor 1. Memiliki kekuatan menghantarkan panas dengan baik 2. Memiliki kekuatan menghantarkan listrik yang baik 3. Memiliki kekuatan tegangan tarik saat mengantarkan listrik 4. Memiliki sifat memuai ketika berada pada suhu tinggi, dan akan menyusut jika temperatur menurun c. Jenis bahan konduktor 1. Logam biasa: tembaga, alumunium, besi, dsb. 2. Logam campuran: logam campuran antara tembaga/alumunium dengan logam jenis lain untuk meningkatkan kekuatan mekanisnya. 3. Logam paduan: gabungan dari dua atau lebih jenis logam dengan cara kompresi, peleburan, dan pengelasan.
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X C. Isolator Gambar 5.4 Isolator Listrik Sumber: Lukman Rizky (2021) Isolator (nonkonduktor) merupakan bahan listrik yang mempunyai nilai resistansi atau daya hambat listrik sangat tinggi, sehingga arus listik tidak dapat mengalir melewatinya. Mempunyai sifat tidak menghantarkan arus listrik maka bahan yang digunakan sebagai pelindung terhadap bahaya sengatan arus listrik. Memiliki nilai resistensi isolator dalam satuan ohm, lazimnya bervariasi mulai dari: 10x = 10.000.000.000.000.000Ω. isolator memiliki fungsi mencegah bocornya arus listrik dari konduktor. Contoh bahan isolator yang sering digunakan adalah karet, plastik, kaca, dan keramik. a. Syarat bahan isolator 1. Memiliki kekuatan mekanis tinggi agar dapat menahan beban kawat penghantar. 2. Mempunyai konstanta di elektrikum yang tinggi, supaya dapat memberikan kekuatan di elektrik yang tinggi. 3. Memiliki tahanan isolasi yang tinggi agar tidak terjadi kebocoran arus ke tanah.
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X 4. Memiliki rasio yang tinggi antara kekuatan pecah dan tegangan loncatan api. 5. Tidak menggunakan bahan yang berpori dan tidak mudah dipengaruhi perubahan suhu. 6. Terbebas kotoran dari luar serta tidak mudah retak maupun tergores. 7. Bahan yang mampu menahan tegangan. 8. Tidak berat. b. Contoh bahan isolator 1. Kayu kering 2. Berlian 3. Oli 4. Karet 5. Gelas
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X D. Semi Konduktor Gambar 5.5 Bahan Semi Konduktor Sumber: Wikipedia (2021) Bahan semi konduktor merupakan sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada diantara isolator dan konduktor. Nilai resistensinya di atas nilai resistensi bahan konduktor tetapi di bawah nilai resistensi bahan isolator. Disebut semi atau setengah konduktor karena bahan ini bukan konduktor murni. Semi konduktor sebagai bahan dasar untuk komponen aktif dalam alat elektronika. Sifat bahan semi konduktor 1. Semi konduktor murni mempunyai koefisien temperatur yang negatif dengan resistensi tidak seperti logam yang memiliki resistensi dengan koefisien temperatur positif. 2. Semi konduktor memberikan daya termo listrik yang tinggi dengan tanda negatif atau positif relative logam bersangkutan. 3. Semi konduktor bersifat peka cahaya.
DASAR-DASAR TEKNIK KETENAGALISTRIKAN KELAS X Gambar 5.6 Kabel Listrik Sumber: PT. Daya Cipta Mandiri Solusi (2014) Kabel listrik memiliki banyak jenis. Gambar diatas merupakan gambar salah satu jenis kabel listrik. Pada kabel listrik terdapat bagian-bagian isolator dan konduktor yang memiliki fungsi masing-masing. Menurutmu mengapa pada kabel listrik harus disusun menggunakan 2 jenis bahan tersebut? dan termasuk kabel jenis apa gambar diatas? Diskusikan dengan kelompokmu dan mari kita pecahkan dengan langkah-langkah Creative Problem Solving!! Klasifikasi Masalah Dari informasi pada LKPD, masalah apa yang dapat diidentifikasi? Jawab: Lembar Kerja Peserta Didik