Kapasitor: Kapasit or: Bermanf Bermanfaat aat sekalig sekaligus us berbahay berbahaya a Posted on November on November 18, 2009 by 2009 by angin165 Kapasitor: Bermanfaat sekaligus berbahaya Pekik Argo Dahono
Dalam sistem tenaga listrik dikenal daya aktif dan daya reaktif. Daya aktif adalah daya yang hars dibangkitkan di sisi !embangkit dan disalrkan melali salran transmisi dan distribsi men" konsmen, dan akhirnya di!akai ntk men"alankan !eralatan indstri dan kom!ter di banyak bangnan modern. #atan dari daya da ya aktif biasanya adalah ada lah $att %&', kilo$att %k&', ata tenaga kda %(P'. #edangkan daya reaktif adalah sat besaran yang menn"kkan adanya flktasi daya di salran transmisi dan distribsi akibat dignakannya !eralatan listrik yang bersifat indktif %misal ) motor listrik, trafo, dan las listrik'. &ala!n namanya adalah daya, daya daya reakti reaktiff ini tidak tidak nyata nyata dan tidak tidak bisa bisa dimanf dimanfaat aatkan kan.. *kan *kan teta!i teta!i adanya adanya daya daya reakti reaktif f menyebabkan aliran daya aktif tidak bisa dilakkan se+ara efisien dan memerlkan !eralatan listrik yang ka!asitasnya lebih besar dari daya aktif yang di!erlkan. #atan dari daya reaktif adalah *- %voltam!erereaktif'. /ntk menn"kkan sebera!a efisien daya aktif disalrkan, dalam teknik tenaga listrik dikenal sat besaran yang disebt faktordaya. Nilai maksimm faktordaya adalah sat dan nilai minimmnya adalah nol. #emakin tinggi faktordaya maka semakin efisien !enyalran dayanya. *rtinya "ga, semakin ke+il faktordaya maka semakin besar daya reaktifnya. agi konsmen ke+il ata rmah tangga, keberadaan daya reaktif tidak terlal men"adi masalah karena P. PN tidak mem!erhitngkannya dalam !enentan tagihan listrik. *kan teta!i bagi konsmen besar, !abrik ata bangnan modern, P. PN mensyaratkan faktordaya hars lebih dari dari 0,85. 0,85. 3ika 3ika nilai nilai faktor faktorday dayaa krang krang dari dari nilai nilai it maka daya daya reakti reaktiff akan akan dikr dikr dan di!erhitngkan dalam !enentan besarnya tagihan. P. PN melakkan ini karena aliran daya reaktif yang besar menyebabkan !eralatan milik P. PN tidak bisa beker"a se+ara efisien dan tidak bisa dignakan se+ara maksimm. /ntk mengatasi masalah rendahnya faktordaya ata tingginya daya reaktif, banyak indstri ata ata bangna bangnan n modern modern memasa memasang ng ka!asi ka!asitor tor.. 4a!asi 4a!asitor tor adalah adalah !erala !eralatan tan listr listrik ik yang bisa bisa menghas menghasilk ilkan an daya daya reakti reaktiff yang yang di!erl di!erlkan kan oleh oleh konsme konsmen n sehing sehingga ga aliran aliran daya daya reakti reaktiff di salran bisa berkrang. Dengan kata lain, ka!asitor bermanfaat ntk menaikkan faktordaya. Dengan memasang ka!asitor, konsmen besar bisa terhindar dari tambahan tagihan listrik karena daya reaktif yang berlebih. #emakin mahalnya tarif listrik dan semakin tingginya keinginan ntk mengo!erasikan !eralatan se+ara efisien, menyebabkan !enggnaan ka!asitor semakin banyak dan melas. dealnya, ka!asitor di!asang di dekat !eralatan yang memerlkan daya reaktif sehingga tidak !erl ter"adi adanya aliran daya reaktif melali kabel, trafo, ata !eralatan lainnya. #ayangnya, #ayangnya, sema teori tersebt tersebt hanya ber"alan ber"alan dengan baik "ika gelombang tegangan dan ars listriknya mem!nyai bentk sinsoidal. Dengan semakin banyaknya banyaknya !enggnaan
inverter ntk menaikkan efisiensi !eralatan indstri, !enggnaan ballast elektronik ntk meningkatkan efisiensi lam!, dan !enggnaan !enyearah ntk memasok kom!ter, data +enter, dan berma+am !eralatan maka bentk gelombang tegangan dan ars berbah men"adi nonsinsoidal. #ebera!a "ah sat gelombang menyim!ang dari bentk sinsoidal dinyatakan dengan besarnya kandngan harmonisa. *rs harmonisa adalah ars listrik yang frekensinya keli!atan blat dari frekensi dasarnya %P. PN menggnakan frekensi dasar 50 ('. *rtinya, ars harmonisa mem!nyai frekensi yang lebih tinggi dibanding frekensi dasar 50 (. *rs harmonisa yang banyak mn+l di bangnan modern mem!nyai frekensi 150, 250, dan 750 (. Di banyak bangnan modern, kandngan ars harmonisa yang mengalir di "aringan listrik bisa men+a!ai lebih dari 70. erla$anan dengan trafo ata indktor, ka!asitor mem!nyai im!edansi ata hambatan yang rendah !ada frekensi yang tinggi. 4arena ars listrik +enderng mengalir melali melali lintasan yang hambatannya rendah maka ars harmonisa +enderng mengalir melali ka!asitor. *kibatnya, ka!asitor bisa mengalami ars lebih karena adanya harmonisa. 3ika hambatan ka!asitor mem!nyai nilai yang sama dengan hambatan "aringan smber maka ter+a!ailah sat kondisi yang disebt resonansi. Pada kondisi resonansi, hambatan total sistem men"adi nol. 4ondisi ini miri! dengan kondisi rangkaian !endek yang membahayakan ka!asitor dan !eralatan lainnya. 4ondisi inilah yang sering menyebabkan rsaknya ka!asitor dan !eralatan lainnya. 4arena ka!asitor biasanya berisi minyak, ka!asitor yang terbakar bisa memi+ kebakaran yang lain. 4e"adian inilah yang sering memi+ banyak kebakaran di indstri dan bangnan modern. /ntk mengatasi masalah terbakarnya ka!asitor karena adanya ars harmonisa, berma+am +ara sederhana bisa dilakkan. ara !ertama yang mm dita$arkan oleh banyak !abrik !embat ka!asitor adalah dengan memasang indktor se+ara seri dengan ka!asitor ntk men+egah mengalirnya ars harmonisa melali ka!asitor. ara ini +k! efektif teta!i menyebabkan biaya !emasangan ka!asitor men"adi mahal. ara lain yang sering !enlis lakkan ntk mengatasi masalah ini adalah men"ahkan !emasangan ka!asitor dari !osisi beban yang di!erkirakan banyak menghasilkan harmonisa. ara ini sering sekali bisa dilakkan tan!a banyak mengelarkan biaya tambahan. #e+ara mm, !emasangan ka!asitor tidak mengkha$atirkan "ika %i' ka!asitas !eralatan elektronik yang di!erkirakan menghasilkan harmonisa tidak lebih dari 70 ka!asitas smber, dan %ii' besar ka!asitor yang di!asang tidak lebih dari 50 ka!asitas smber. 3ika !enggnaan !eralatan elektronik sangat banyak dan ka!asitor yang akan di!asang besar maka sat stdi khss tentang kemngkinan ter"adinya resonansi hars dilakkan ntk men+egah ter"adinya kebakaran. Di banyak bangnan modern yang !enggnaan !eralatan elektroniknya sangat banyak, !elang ter"adinya resonansi sangat tinggi sehingga stdi sema+am ini men"adi sangat sering di!erlkan. Dengan melakkan stdi ini dihara!kan kebakaran yang menyebabkan kergian ratsan milyar r!iah bisa di+egah. ” Hari ini dengan ditemani sepiring pisang goreng, dan satu teko teh manis, mari kita bahas kapasitor atau ada juga yang menyebut kondensator. kata ini hampir mirip dengan kondensor. Kondensor adalah alat yang digunakan untuk mengubah fase uap menjadi fase cair. jadi mohon dengan sangat tidak menyamakan kondensor dengan kondensator, karena 2 alat ini sangat – sangat berbeda. Gak percaya? lihat gambar dari yang Google ini
:ambar 1 kondensor dan ka!asitor %bedakan )' '
!k lah""".. lanjut, dalam kesempatan yang indah ini kita akan mempelajari tentang kapasitor.” 4a!asitor adalah kom!onen elektronika yang dignakan ntk menyim!an matan listrik dalam "angka $akt tertent. #e!erti sebah baterai, ka!asitor "ga dignakan ntk menyim!an energi listrik hanya sa"a !roses !enyim!anan energi listrik !ada ka!asitor berbeda deng an !roses !enyim!anan energi listrik !ada baterai. Di dalam ka!asitor "ga terda!at 2 bah terminal sama se!erti baterai. Di dalam baterai ter"adi reaksi kimia yang akan menyebabkan salah sat terminal menghasilkan elektron dan terminal yang lainnya menyera! elektron , sehingga ter"adilah aliran matan listrik. #ebah ka!asitor "ah lebih sederhana dibandingkan dengan baterai, ka!asitor tidak menghasilkan elektron, teta!i ka!asitor menyim!an matan listrik. Di dalam ka!asitor terdiri dari 2 bah terminal ata sering disebt lem!eng kondktor dan bahan dielektrik yang disisi!kan di antara keda le m!eng kondktor. Dielektrik adalah bahan isolator yang da!at dignakan ntk meningkatkan ka!asitas sebah ka!asitor. 4a!asitor sederhana da!at dengan mdah dibat dengan menggnakan 2 bah lem!engan alminim dan selembar kertas. /ntk membat ka!asitor sederhana ini kita hanya membthkan 2 lem!engan alminim dengan tebal 1 mm, 1 lembar kertas, sedikit kertas ntk isolator, dan 2 bah !en"e!it kertas.
:ambar 2 membat ka!asitor sederhana #e+ara teori, bahan dielektrik adalah se"enis isolator. anyak bahan yang da!at dignakan sebagai bahan dielektrik sebah ka!asitor antara lain ) keramik, mika, ka+a, kertas, dara, serat sellosa, !orselein, mylar, teflon dan bahan kimia +air. Penggnaan bahanbahan dielektrik ini disesaikan dengan !enggnaan ka!asitor it sendiri. erikt adalah +ontoh !enggnaan ka!asitor yang disesaikan dengan bahan dielektriknya ) •
ahan dielektrik dara ata lebih dikenal dengan variabel ka!asitor, mmnya dignakan ntk mentrning frekensi radio.
•
4a!asitor mylar dengan bahan dielektrik mylar mm dignakan !ada rangkaian +lo+k frekensi, alarm ata +onter.
•
:elas ata ka+a ntk dignakan !ada ka!asitor yang beker"a !ada tegangan tinggi.
•
4a!asitor keramik banyak dignakan !ada frekensi tinggi. #e!erti !ada rangkaian !eman+ar dan antena, mesin sinar ; dan mesin <-.
•
•
4a!asitor elektrolit dengan bahan dielektrika dari bahan kimia +air, mm dignakan !ada frekensi rendah dan rangkaian daya. 4a!asitor elektrolit ini mmnya memiliki ka!asitas yang besarbesar. #!er ka!asitor adalah ka!asitor dengan matan yang +k! besar beker"a !ada tegangan rendah dan memiliki $akt !engisian yang sangat singkat. #!er ka!asitor mm dignakan !ada rangkaian daya listrik dan mobil = mobil tenaga listrik.
sekarang kita sedikit bermainmain dengan matematika, >fisika tan!a matematika sama se!erti !enari tan!a bsana )' hehehehehe.? #ebah ka!asitor dalam kondisi tidak diisi matan listrik, maka !ada keda lem!eng kondktornya tidak akan ada matan listrik. #elama !roses !engisian ka!asitor, sebah matan listrik di!indahkan dari sat kondktor ke kondktor lainnya dan memberikan matan !ositif !ada salah sat lem!eng kondktor dan matan negatif !ada lem!eng kondktor lainnya. ontoh sederhana sebah ka!asitor da!at dibat dari 2 lem!engan kondktor dengan las !ermkaan yang sama %*', yang di!asangkan !aralel sat dengan lainnya dan ter!isah !ada "arak d se!erti !ada gambar berikt ini.
:ambar 7 ilstrasi sebah ka!asitor sederhana
Dimana @ ) matan listrik %satan olomb % ' ' ) ka!asitas ka!asitor %satan Aarrad %A'' ) beda tegangan listrik !ada keda lem!eng kondktor %satan olt %''
Menghitung Kapasitas Kapasitor
ila ada 2 bah !elat kondktor dengan las !ermkaan yang sama yait * yang di!isahkan !ada "arak d, kemdian lem!eng kondktor bagian atas diberi matan B@ dan lem!eng kondktor bagian ba$ah diberi matan =@, maka medan matan !ada 2 bah lem!eng kondktor tersebt da!at digambarkan sebagai berikt
/ntk menghitng ka!asitas ka!asitor %', !ertamatama kita hars mengetahi med an listrik antara keda lem!eng kondktor. #ebenarnya sebah ka!asitor memiliki kran lem!eng kondktor yang terbatas !an"angnya.
maka da!at ditlis )
Dimana *C ) las !enam!ang :assian da!at digambarkan sebagai berikt.
eda !otensial listrik antara 2 lem!eng kondktor adalah )
Dimana
sehingga dida!at)
Dari !ersamaan a$al %
Dimana )
' maka dida!at)
) !ermitivitas rang ham!a %8,85 1012 AEm'
0
d ) "arak !isah antara 2 lem!eng kondktor %m' * ) las !ermkaan lem!eng kondktor yang berhada!an %m2' @ ) besar matan listrik % '
) beda !otensial tegangan listrik antara 2 lem!eng kondktor %'
” sedikit catatan # $ 0
adalah !ermitivitas rang ham!a ata sering di sebt "ga dengan konstanta listrik
da!at dihitng dengan !ersamaan )
0
) !ermitivitas rang ham!a
+0 ) ke+e!atan sara F0 ) !ermeabilitas rang ham!a /ntk ka!asitor sederhana yang terdiri 2 lem!eng kondktor se"a"ar, ka!asitas ka!asitor sangat ditentkan oleh dimensi ka!asitor. ” uraian di atas menunjukan cara menghitung kapasitas sebuah kapasitor berbentuk lempengan dengan luas permukaan dan jarak diketahui, terus bagaimana jika kapasitor tersebut berbentuk seperti sebuah tabung ?, nah berikut uraiannya. $ Menghitung Kapasitas Kapasitor tipe Silinder.
#ebah kondktor silinder dengan "ari"ari a d iselimti oleh sebah tabng dengan "ari"ari bagian dalam b se!erti !ada gambar berikt ini.
:ambar G ilstrasi ka!asitor silinder Pan"ang ka!asitor adalah dan !an"ang "ah lebih besar dibandingkan "arak b = a. efek te!i diabaikan ntk memdahkan !erhitngan. nti bagian dalam tabng ka!asitor diberi matan B@ dan selimt tabng diberi matan listrik =@, maka hkm :ass ntk ka!asitor silinder da!at ditlis ) * adalah las !ermkaan tabng yang besarnya * H 2Ir
dan
H besar matan !er satan !an"ang %Em' maka dida!at )
eda !otensial antara inti silinder dengan selimt tabng adalah )
Da!at dilihat dari !ersamaan ka!asitor silinder, bah$a ka!asitas sebah ka!asitor berbentk silinder sangat ditentkan oleh dimensi ka!asitor tersebt. ” %isika memang unik dan menarik, setelah kita dapat menghitung kapasitor berbentuk tabung, muncul lagi bahasan yang lainnya, bagaimana kapasitas sebuah kapasitor berbentuk bola. salah satu model ini adalah pada bola logam yang terdapat pada generator &an de graff. 'pa generator &an de graff?"..()hat hari gini gak kenal generator &an de graff???????? oh my God* lihat gambar berikut # :ambar 5 generator an De :raff
+ola logam besar pada generator an -e Graff adalah sebuah kapasitor besar. ah sekarang mari kita lihat bagaimana cara menghitung kapasitasnya/ lanjut"""""""". $ Menghitung kapasitas kapasitor tipe bola
Pada bagian ini kita akan menghitng ka!asitas sebah ka!asitor yang berbentk bola. ila ada sebah ka!asitor yang terdiri dari 2 bah bola yang dissn !aralel dengan bola yang ke+il di bagian dalam dan bola yang lebih besar di bagian lar. ola yang dibagian dalam diberi !otensial listrik !ositif dan bola bagian lar di beri !otensial negative se!erti !ada gambar berikt ini.
:ambar 6 ilstrasi model ka!asitor berbentk bola Pada bola yang diberi !otensial listrik !ositif akan ada matan listrik !ositif dan !ada bola yang diberi !otensial listrik negaitf akan ada matan listrik negatif. 3ari"ari bola ke+il adalah a dan "ari"ari bola besar adalah b. sedangkan r adalah "ari"ari las bidang :assian, maka medan listrik !ada daerah a J r J b da!at dihitng ) ata
eda !otensial antara 2 kondktor yait bola dalam dan bola lar da!at dihitng )
#ekali lagi terlihat bah$a ka!asitas ka!asitor sangat ditentkan o leh dimensi ka!asitor % a dan b'.
ila kondktor b memiliki kran yang >tak terhingga? ata se+ara matematis ditlis
maka ka!asitas ka!asitor men"adi )
ka!asitasnya ) 3adi besar ka!asitas sebah ka!asitor bola ditentkan o leh dimensi ka!asitor tersebt
ah , sudah lengkap rumus0rumus dasar untuk sebuah kapasitor, !"". tidak mengapa pisang goreng dan teh selalu habis pada saat sedang asyik0asyiknya ?""""..itu pertanyaan fisika yang harus segera dija)ab"""".. ya sudah, sekian dulu, sy mau siapkan dulu pisang dan teh manisnya, bersambung """""
