Penentuan Fasor dan Kondisi Leading dan Lagging

Kelompok 9

Adhamyosvi Bayu Segara -2003321071

Bayu Haris Merdiko H - 2003321067

 Daya

Secara umum, pengertian daya adalah energi yang dikeluarkan untuk melakukan usaha. Dalam sistem tenaga listrik, daya merupakan jumlah energi listrik yang digunakan untuk melakukan usaha. Daya listrik biasanya dinyatakan dalam satuan Watt.

P = VI

Terdapat tiga macam daya yaitu :

1.      Daya aktif (P)

Daya aktif adalah daya yang terpakai untuk melakukan usaha atau energi  sebenarnya. Satuan daya aktif adalah watt.

P1Φ =  V I  cos φ

2.      Daya reaktif (Q)

Daya Reaktif (reactive power) adalah daya yang di suplai oleh komponen reaktif. Satuan daya reaktif adalah VAR.

Q1Φ =  V I sin φ

3.      Daya semu (S)

Daya semu (apparent power) adalah daya yang dihasilkan oleh perkalian antara tegangan rms (Vrms) dan arus rms (Irms) dalam suatu jaringan atau daya yang merupakan hasil penjumlahan trigonometri antara daya aktif dan daya reaktif. Satuan daya nyata adalah VA.

2.     Faktor Daya

Faktor daya yang dinotasikan sebagai cos φ didefinisikan sebagai perbandingan antara arus yang dapat menghasilkan kerja didalam suatu rangkaian terhadap arus total yang masuk kedalam rangkaian atau dapat dikatakan sebagai perbandingan daya aktif (kW) dan daya semu (kVA). Daya reaktif yang tinggi akan meningkatkan sudut ini dan sebagai hasilnya faktor daya akan menjadi lebih 

Rangkaian yang memiliki nilai impedansi (Z) adalah rangkaian yang terdiri dari komponen yang memiliki nilai resistansi (R) dan dihubungkan dengan komponen yang memiliki nilai reaktansi induktansi (X_L) atau reaktansi kapasitif (X_C) dari komponen-komponen tersebut  menyebabkan antara tegangan dan arus terjadi pergeseran sudut fasa. Faktor kerja atau faktor daya adalah konstanta dari nilai kosinus (cosinus) dari sudut dari sudut pergeseran fasa. Nilai faktor kerja berkisar 0,0 sampai 1,0.

Beberapa contoh nilai faktor kerja pada peralatan listrik yang digunakan pada kehidupan sehari-hari :
Beban induktif mesin las memiliki faktor kerja rendah 0,3 sampai dengan 0,5.
Lampu TL memiliki faktor kerja 0,5 sampai dengan 0,7.
Motor listrik memiliki faktor kerja 0,8 sampai dengan 0,9.
Lampu pijar memiliki faktor kerja 1,0.

Semakin rendah nilai faktor daya akan mengakibatkan daya reaktif nya makin besar, sebaliknya jika nilai faktor daya semakin besar maka daya reaktif menuju 0 nol.

Persamaan faktor daya dan faktor reaktif :

Keterangan :  

Cos φ = Faktor Daya

P = Daya aktif (W)

S = Daya semu (VA)

 

Keterangan :

Sin φ = Faktor reaktif

Q  = Reaktif induksi (VAR)

S = Daya semu (VA)

Pada teknik listrik faktor daya dibagi menjadi tiga yaitu :

1. Faktor Daya Unity adalah keadaan dimana arus listrik yang mengalir se fasa dengan tegangan atau tidak terjadi pergeseran fasa antara tegangan dengan arus listrik (nilai Cos φ = 1). Faktor daya unity akan muncul apabila pada suatu rangkaian listrik menggunakan beban bersifat resistansi murni.

Pada Gambar terlihat nilai cos φ sama dengan 1, yang menyebabkan jumlah daya nyata yang dikonsumsi beban sama dengan daya semu.

 

1.     Faktor Daya Leading (Mendahului) adalah keadaan dimana fasa tegangan drop pada beban mendahului (leading) terhadap tegangan sumbernya. Hal tersebut disebabkan oleh beban yang bersifat kapasitansi atau memiliki nilai reaktansi kapasitif (X_C), karena beban kapasitor menyebabkan pergeseran fasa sebesar φ. Faktor daya mendahului (leading) adalah keadaan faktor daya saat memiliki kondisi-kondisi sebagai berikut :

1.      Beban/ peralatan listrik memberikan daya reaktif dari sistem atau beban bersifat kapasitif.

2.      Arus mendahului tegangan, V terbelakang dari I dengan sudut φ

Dari Gambar terlihat bahwa arus mendahului tegangan maka daya reaktif tertinggal dari daya semu, berarti beban memberikan daya reaktif kepada sistem.

1.     Faktor Daya Lagging  (Tertinggal) adalah keadaan dimana fasa arus listrik tertinggal (lagging) terhadap tegangan sumbernya. Hal tersebut biasanya disebabkan oleh beban yang bersifat induktansi atau memiliki nilai reaktansi induktif (X_L), karena beban pada umumnya berupa induktor atau lilitan yang menyebabkan pergeseran fasa sebesar φ.

faktor daya terbelakang (lagging) adalah keadaan faktor daya saat memiliki kondisi-kondisi sebagai berikut :

1.      Beban/ peralatan listrik memerlukan daya reaktif dari sistem atau beban bersifat induktif.

2.      Arus (I ) terbelakang dari tegangan (V), V mendahului I dengan sudut φ

 

 

Dari Gambar terlihat bahwa arus tertinggal dari tegangan maka daya reaktif mendahului daya semu, berarti beban membutuhkan atau menerima daya reaktif dari sistem.

Contoh soal :

1. 11 batang lampu TL 36 W dirangkai secara seri pada sumber tegangan bolak-balik, jika diketahui total daya semu pada rangkaian lampu tersebut adalah  792 VA. Berapakah nilai faktor daya nya?

Diketahui : P = 36 W x 11 = 396 W
                   S = 792 VA
Ditanya    : cos φ = ?
Jawab       :

 

2. Jika suatu alat  listrik memiliki daya reaktif  120 VAR, dan daya semu sebesar 200 VA. Berapakah faktor reaktif nya?

Diketahui : Q = 120 VAR
                   S = 200 VA
Ditanya    : sin φ = ?
Jawab       :

3.     3.Penyebab faktor gaya rendah 

Hal-hal yang menyebabkan faktor daya bernilai rendah, diantaranya penggunaan beban induktif berupa :

1.      Transformator,

2.      Motor induksi,

3.      Generator Iiduksi, dan

4.      Lampu TL.

 

 

 

Mengenal Istilah Lagging dan Leading pada Beban Listrik

Secara garis besar, beban-beban dalam rangkaian listrik dikategorikan menjadi 3, yaitu: resistif, induktif dan kapasitif. Bila artikel sebelumnya membahas Konsep Impedansi pada ketiga beban tersebut, kali ini kita akan mengenal istilah lagging dan leading.

Beban rangkaian bersifat resistif, maka tegangan dan arus memiliki fase yang sama.

Contoh soal 1:
Sebuah resistor terhubung dengan tegangan AC, dimana nilai R = 5 Ω, V = 10 V, f = 1 MHz, hitung arus yang mengalir padanya?

Penyelesaian 1:
Z = R + jXL + jXC
Z = 5 + j0 + j0
Z = 5 Ω

I = V / Z
I = 10 V / 5 Ω
I = 2 A

Bentuk gelombang beban resistif terlihat seperti di bawah ini

Beban rangkaian bersifat induktif, maka fase arus akan tertinggal dari tegangan atau disebut dengan istilah lagging (tertinggal, terbelakang).

Contoh soal 2:
Sebuah induktor terhubung dengan tegangan AC, dimana nilai L = 1 μH, V = 10 V, f = 1 MHz, hitung arus yang mengalir padanya?

Penyelesaian 2:
Z = R + jXL + jXC
Z = 0 + j6,28 + j0
Z = j6,28 Ω ... (lihat di Reaktansi Induktif)
Z = 6,28 ∟ 90° Ω

I = V / Z
I = 10 ∟ 0° V / 6,28 ∟ 90° Ω
I = 1,6 ∟ -90° A

Bentuk gelombang beban induktif (lagging) terlihat seperti di bawah ini

Beban rangkaian bersifat kapasitif, maka fase arus akan terdahulu dari tegangan atau disebut dengan istilah leading (terdahulu, terdepan).

Contoh soal 3:
Sebuah kapasitor terhubung dengan tegangan AC, dimana nilai C = 25,33 nF, V = 10 V, f = 1 MHz, hitung arus yang mengalir padanya?

Penyelesaian 3:
Z = R + jXL + jXC
Z = 0 + j0 -j6,28
Z = -j6,28 Ω ... (lihat di Reaktansi Kapasitif)
Z = 6,28 ∟ -90° Ω

I = V / Z
I = 10 ∟ 0° V / 6,28 ∟ -90° Ω
I = 1,6 ∟ 90° A

Bentuk gelombang beban kapasitif (leading) terlihat seperti di bawah ini