I.4 Metode Pembahasan
Metode pembahasan yang digunakan dalam penulisan Karya Akhir ini diantara lain sebagai berikut:
1.Studi Literatur : Mengambil bahan teori dan informasi dari berbagai sumber referensi
seperti : buku-buku,artikel dan brosur. 2.Studi Bimbingan :
Melakukan diskusi dengan dosen pembimbing. 3.Studi penelitian:
Melakukan Riset di PLN Cab.Medan.
I.5 Sistematika Pembahasan
Untuk mempermudah pembahasan dalam penulisan Karya Akhir ini,maka penulis membuat sistematik pembahasan. Sistematik pembahasan ini
merupakan urutan BAB demi BAB termasuk isi dari Sub-sub nya. Adapun sistematik pembahaan tersebut adalah:
BAB I : Pendahuluan
Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar belakang masalah ,tujuan penulisan, rumusan masalah, batasan masalah, metoda penulisan serta
sistematika penulisan.
BAB II : Landasan Teori
Bab ini berisi tentang landasan teori mengenai energi listrik dan kWh meter.
BAB III : Konsumsi Energi Listrik Pelanggan
Bab ini berisikan tentang hak dan kewajiban pelanggan , pembagian golongan tarif R1, konsumsi rata-rata Nasional,pencanangan batas konsumsi,peralatan energi
listrik dan pencatatan hasil baca kWh meter.
Universitas Sumatera Utara
BAB IV : Pembahasan
Bab ini berisikan tentang pengelompokan area layanan,hasil analisa konsumsi sampel pelanggan, konsumsi rata-rata kecamatan,konsumsi rata-rata Rayonranting
,konsumsi rata-rata Kota Medan dan varians.
BAB V : Kesimpulan dan Saran
Bab ini berisikan kesimpulan dan saran yang diperoleh dari hasil pembahasan.
Universitas Sumatera Utara
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Energi Listrik
2.1.1 Arus Listrik
Benda terbentuk dari partikel-partikel yang sangat kecil yang disebut molekul yang terdiri dari atom-atom. Inti atom nucleus terbentuk dari sub atom
yang disebut proton dan neutron. Mengelilingi inti dan dalam keadaan yang terus bergerak berputar elektron-elektron. Gaya tarik dan gravitasi yang dihasilkan oleh
proton dan elektron dikenal sebagai Muatan Listrik. Beberapa jenis bahan ‘mengizinkan’ elektron-elektron untuk mengalir
melewatinya disebut sebagai konduktor penghantar, sebagian elektron bebas bergerak secara bebas dan sebarang atau berpindah dari atom ke atom. Jika di
samping gerakan ini terdapat suatu aliran atau gerakan elektron yang umum sepanjang konduktor disebut arus listrik . Jadi arus listrik semata-mata adalah gerakan
elektron atau muatan negatif melalui sebuah konduktor . Telah disepakati bahwa arah aliran ini dari positif ke negatif walaupun
sekarang ini telah dibuktikan secara aktual bahwa aliran listrik bergerak dari negatif ke positif. Kecepatan aliran listrik dinyatakan dalam coulomb per sekon Cs. Dalam
prakteknya istilah coulomb per sekon jarang digunakan, dan sebagai gantinya digunakan amper simbol A. Satu amper sama dengan gerakan listrik satu coulomb
melalui titik tertentu dalam satu sekon. Rumus untuk menghitung kuat arus adalah:
…. 2-1
Universitas Sumatera Utara
ket : I = Kuat arus A
Q = Banyak muatan listrik Coulumb t = waktu dalam satuan detik
Gambar 1. Arus Listrik
2.1.2 Tahanan
Suatu penghantar memberikan suatu perlawanan terhadap aliran arus listrik disebut tahanan. Dan setiap penghantar mempunyai nilai tahanan kecil atau
mempunyai daya hantar yang besar ini berarti mudah dilalui arus. Besar daya kemampuan penghantar arus ini disebut daya hantar arus. sedangkan penyekat atau
isolasi adalah suatu bahan yang mempunyai tahanan yang besar sekali atau mempunyai daya hantar yang kecil ini berarti sukar dilalui arus listrik. Untuk
menghitung besar tahanan listrik terhadap daya hantar arus adalah :
…2-2
Universitas Sumatera Utara
Dimana : R = Tahanan kawat dalam satuan ohm
Ω ℓ = Panjang kawat dalam satuan meter m
q = Penampang kawat dalam satuan mm
2
= Tahanan jenis dalam satuan Ω mm
2
m
2.1.3 Beda potensial Tegangan
Perbedaan dalam tekanan listrik disebut beda potensial dan diukur dalam volt. Satu volt V adalah perbedaan potensial yang menyebabkan satu ampere mengalir
melalui tahanan satu ohm. Jika dua buah benda mempunyai jumlah muatan yang berbeda maka ada perbedaan potensial antara keduanya. Maka perbedaan potensial
semata-mata adalah perbedaan muatan listrik. Jika dua titik yang mempunyai perbedaan potensial dihubungkan dengan konduktor, arus yang mengalir sepanjang
konduktor berusaha menyamakan perbedaan muatan pada kedua titik tersebut. Bila kedua muatan disamakan,arus akan terhenti. Oleh sebab itu,jika arus akan
dipertahankan antara kedua titik, perbedaan potensial antara kedua tersebut harus dipertahankan.
Perbedaan potensial menyebabkan arus mengalir dan gaya gerak listrik ggl mempertahankan perbedaan potensial. Karena keduanya diukur dalam volt,
istilah umumnya tegangan voltage dengan rumus sebagai berikut:
V= I x R …..2-3
Universitas Sumatera Utara
2.1.4 Berat dan Massa
Berat suatu benda adalah ukuran tarikan atau gaya tarik pada benda oleh penggaruh gravitasi gaya tarik bumi.berarti berat benda akan berubah bergantung
pada letak dalam alam sesuai dengan gravitasi. Walaupun sebenarnya adalah ukuran gaya gravitasi,tetapi satuan ukuran yang umumnya diterima adalah pon USCS dan
kilo gram SI. Masa suatu benda didefinisikan sebagai kwantitas benda yang
dikandung di dalamnya. Masa biasanya ditentukan dengan membagi berat benda,yang ditentukan dengan timbangan,dengan konstanta gravitasi g atau:
Massa
Dengan satuan dalam USCS adalah pon lb dan dalam SI adalah kilogram Kg.
2.1.5 Gaya
Definisi gaya adalah sesuatu yang mengubah atau cenderung untuk mengubah keadan diam atau gerakan benda. Satuan SI untuk gaya disebut newton N yang
merupakan sebagai gaya yang dikenakan pada massa satu kilogram kg akan memberikan percepatan satu meter per sekon kuadrat.
Gaya yang kita gunakan untuk memindahkan benda tersebut selain tergantung pada berat benda,juga tergantung pada besarnya gesekan. Dengan demikian dapat kita
simpulkan bahwa usaha itu berbanding lurus dengan gaya dan jarak. Untuk menghitung usaha dapat digunakan rumus sebagai berikut:
W = K x S …2-4
Universitas Sumatera Utara
Dimana : W = usaha Kgm
K = gaya kg S = jarak m
Untuk memindahkan elektron maka diperlukan usaha listrik: Q = I x t
…2-5 sehingga,
W= E x Q atau W = E x I x t
…2-6 Menurut Hukum Ohm dikatakan bahwa:
E = I x R Sehingga
W = E x I x t = I x R x I x t
= I
2
Rt …2-7
2.1.6 Kerja
Kerja dilakukan jika gaya mengatasi tahananhambatan. Dari segi mekanis,kerja diukur dengan perkalian gaya dan jarak yang ditempuh. Jika gaya 1 pon
bekerja melalui jarak 1 kaki,berarti dilakukan kerja sebesar 1 pon-kaki foot-pound. Kerja = gaya x jarak
Universitas Sumatera Utara
Dalam satuan SI ,satuan kerja adalah joule J, yang didefinisikan sebagai kerja yang dilakukan jika gaya satu newton dikerahkan melalui jarak satu meter.
Kerja tidak dilakukan jika tidak mengatasi tahanan. Pondasi bangunan mengarahakan gaya yang besar menahan bangunannya, tetapi karena tidak melibatkan gerak atau
mengatasi tahanan,berarti tidak ada kerja yang dilakukan.
2.1.7 Energi
Energi adalah kemampuan melakukan kerja;energi adalah kerja tersimpan. Air yang tersimpan dalam bendungan juga mempunyai energi karena ia dapat digunakan
untuk menjalankan generator turbin agar dapat menghasilkan listrik. Karena energi adalah kerja tersimpan,energi dikeluarkan jika kerja dilakukan.
Kenyataan bahwa dilakukan kerja 10.000 pon- kaki untuk menaikkan benda 1000 pon setinggi 10 kaki yang berarti energi 10.000 pon- kaki harus dikeluarkan untuk
menaikkan benda. Jadi satuan energi dan kerja adalah sama yaitu Joule. Sesuai dengan prinsip tentang konversi energi,energi dapat diubah tetapi tidak
dapat diciptakan maupun dimusnahkan sehingga energi dapat berada dalam berbagai bentuk : mekanis,listrik,kimia,kalor,dan cahaya.
2.1.8 Daya
Satuan daya Listrik adalah watt . Dalam satuan SI ,satu watt disefinisikan sebagai suatu yang sama dengan kerja yang dilakukan pada laju satu joule setiap
sekon. Watt juga merupakan energi yang dikeluarkan atau kerja yang dilakukan setiap sekon oleh arus 1 A yang tidak berubah yang mengalir pada tegangan 1 volt, atau
P = V I …2-8
Universitas Sumatera Utara
Dimana: P= daya, watt
I= arus,amper V= tegangan,volt.
Jika arus dan tegangan merupakan fungsi siklus,maka daya rata-rata P untuk suatu periode siklus tersebut dapat ditentukan besarnya dengan rumus
P …2-9
Dengan ; P = daya rata-rata dalam watt
T= periode dari siklus dalam detik Tegangan dan arus fungsi sinus dinyatakan sebagai
Vt = Vm cos ωt
it = Im cos ωt – φ
maka persamaan daya menjadi: pt =Vm Im cos
ωt cos ωt – φ
pt = Vm Im [ cos ωt – ωt + φ + cos ωt + ωt – φ
pt = Vm Im cos φ + Vm Im cos 2ωt – φ
Harga rata-rata dari fungsi sinusoid yang berubah terdapat waktu untuk satu periode adalah sama dengan nol. Sehingga dari persamaan pt hanya terdapat bentuk
Vm Im cos yang tidak tergantung terhadap waktu. Maka bentuk nya menjadi :
Universitas Sumatera Utara
P = Vm Im cos φ
= VI cos φ ….watt
…2-10 Daya nyata ini yang diukur Wattmeter dalam konsumsi energi listrik di
pelanggan. Dan dari rumus diatas diperoleh:
…
2-11
Dimana cos φ ini disebut sebagai faktor daya yang tidak mungkin lebih besar dari 1 satu . Sebagai mana telah diketahui bahwa daya rata-rata pada rangkaian L
murni adalah nol,maka dengan demikian bahwa daya : P= VI Cos φ , ini adalah merupakan daya yang diserap oleh tahanan R,karena pada tahanan R, arus sephasa
dengan tegangan maka sudut φ = 0 : maka daya : P = VI Cos φ ,diatas dapat dituliskan
dengan bentuk : P= V I COS φ = V I COS 0 = V I = I R I atau : P =
’
R yang dapat dilihat dari diagram phasor yang dikenal dengan segitiga daya:
V.I disebut daya semu
S
Volt Amper VA V.I.Cos φ disebut daya aktif nyata
P Watt
V.I.sin φ disebut daya reaktif Volt Ampere Reaktif VAR
P = I cos φ watt φ
Q = VI sin φ VAR
S= V.A VA Dari daya rata-ratanyata, untuk daya dan tegangan yang tetap maka arus
tergantung dari besar kecilnya faktor daya.
Universitas Sumatera Utara
2.1.9 Kerja Listrik dan Energi
Daya mekanis adalah ukuran kecepatan kerja yang dilakukan atau kecepatan energi yang dikeluarkan sehingga:
…2-12
Setiap peralatan listrik mempunyai keterangan besar daya yang dikonsumsi dalam watt,tetapi lebih tepatnya satuan energi pada peralatan tersebut adalah joule
karena Watt hanya memberi keterangan berapa Joule energi yang dikonsumsinya per detik, sedangkan kebanyakan alat rumah tangga menggunakan listrik dengan pola
beban yang berubah-ubah sepanjang hari. Informasi mengenai satu detik tidak cukup untuk menentukan apakah alat itu efisien energi atau tidak.
Yang lebih penting adalah mengetahui berapa konsumsinya dalam skala Joule per jam atau per hari, atau bahkan per tahun. Kita asumsikan lemari es 70W
mempunyai kompresor yang menyala 3.000 detik per jam, berarti lemari es itu mengkonsumsi 70 x 3000 x 24 = 5.040.000 Joule per hari = 5 MJ per hari. Bisa saja
lemari es 100W menggunakan sebuah kompresor yang lebih efisien, dimana hanya menyala selama 1.000 detik per jam, berarti lemari es ini hanya mengkonsumsi 100 x
1000 x 24 = 2.400.000 Joule per hari = 2,4 MJ per hari. Keterangan Watt alat listrik itu tidak memastikan jumlah energi yang
dikonsumsi, dalam contoh tadi lemari es 100W ternyata bisa mengkonsumsi hanya sekitar setengahnya energi yang dikonsumsi lemari es 70W. Ini berarti pelanggan bisa
Universitas Sumatera Utara
tertipu sebagai konsumen yang mementingkan energi, bila hanya fokus ke angka Watt yang rendah.
Dan sebaiknya yang tertera di semua peralatan yang mengkonsumsi energi adalah berapa kJ atau MJ ia mengkonsumsi tiap jam, hari atau tahun, atau satuan skala
hasil lainnya. Lampu dan TV biasanya dipakai dalam basis per jam, jadi perlu dilabel dalam MJ atau kJ per jam,misalnya
3 MJ hari
.
Lemari es umumnya terus-menerus dipakai per hari atau per bulan, jadi sebaiknya dilabel berapa MJ dikonsumsinya per
hari atau per bulan.Dan yang perlu kita tahu adalah Energi dan Arus listrik untuk menentukan apakah instalasi kabel listrik kita dapat menanggung beban arus listrik
yang dibutuhkannya. Sehingga untuk pengukuran energinya:
KWh = kilo x Watt x hour Kilo = 1.000
Watt = Joule detik Hour = 3.600 detik
Dan pengkuran energi yang kita gunakan adalah: Daya x waktu = energi
Watt x jam = Wattjam Wattjam watthour merupakan energi yang dikeluarkan jika 1 watt
digunakan selama 1 jam. Wattjam relatif merupakan satuan yang kecil, kilowattjam sama dengan 1000 jam. Sehingga:
1000 jam
x watt
kWh dalam
Energi =
Universitas Sumatera Utara
2.2 Alat ukur Daya Listrik dan Energi.