Serba Serbi Elektronika: Rumus Menentukan Diameter Kabel

1. Umum
Membahas mengenai media transfer energi listrik, maka pembahasannya tidak terlepas dari kabel yang digunakan. Karena sejauh ini media untuk menghantarkan listrik, khususnya untuk instalasi tenaga (power) masih membutuhkan kabel sebagai media penghantarnya, meskipun sesuai dengan yang pernah saya baca telah ada yang menemukan terobosan menggunakan wireless, tapi itupun belum banyak digunakan dan masih dianggap oleh banyak kalangan sebagai sesuatu yang kurang efektif. Oleh karena itu landasan teori yang akan kita gunakan dalam pembahasan ini adalah mengenai penentuan diameter kabel, kemampuan dalam menghantarkan arus dan rumus-rumus yang digunakan.

Biasanya yang telah banyak dilakukan dalam menentukan diameter kabel untuk perencanaan sebuah instalasi tenaga adalah dengan menggunakan tabel yang dikeluarkan oleh pabrikan pembuat kabel tersebut. Contoh tabel tersebut adalah sebagai berikut :

Akan tetapi bila diperhatikan tabel dari antara pembuat kabel satu dengan lainnya angkanya ada yang berbeda, walaupun tidak berbeda jauh. Hal itu bisa dimaklumi karena dalam memberi toleransi lebih antara orang satu dengan lainnya berbeda. Perbedaan angka tersebut juga bergantung dari jenis isolasi kabel yang digunakan, apakah PVC (polyvinyl chloride), TPE (thermo plastis elastomer) atau PUR (polyurithane). Perbedaan tersebut juga disebabkan oleh penempatan kabel, apakah ditempatkan di udara bebas, di tanam dalam tanah atau dalam air.

Dengan bergantung pada tabel tersebut, tentunya sebagian dari kita sebagai orang listrik akan timbul ketidakpuasan. Tidak puas karena kita pernah mempelajari hukumhukum listrik salah satunya adalah hukum ohm yang pastinya akan selalu ber korelasi dengan penentuan diameter kabel listrik dalam kemampuaanya membawa arus.

Bagaimana kalau tegangan, panjang kabel, jenis konduktor yang akan kita gunakan berbeda, apakah penggunaan tabel tersebut masih berlaku untuk kita jadikan acuan ?

Nah, ini yang akan kita bahas lebih lanjut dalam landasan teori ini.

3.2 Teori Pendukung

3.2.1 Rumus untuk menentukan diameter kabel

Dalam merencana sebuah instalasi tenaga listrik, maka langkah awal setelah kita mengetahui berapa tegangan listrik serta daya yang dibutuhkan adalah menentukan diameter kabel yang akan digunakan. Dibawah ini adalah rumus dalam menentukan diameter kabel :

Dari rumus diatas, secara garis besar dapat kita lihat bahwa penampang kabel berbanding lurus dengan panjang kabel dan berbanding terbalik dengan tegangan, artinya semakin panjang kabel yang digunakan serta untuk memperoleh tegangan yang konstan maka semakin besar pula penampang kabelnya. Akan tetapi pada prakteknya selalu ada saja rugi tegangan pada penghantar, maka dalam rumus diatas disertakan juga rugi tegangan yang kita inginkan ( ev ), yang nantinya rugi tegangan inilah yang akan berhubungan dengan hukum ohm, menentukan I (arus) yang dihasilkan. Jenis konduktor yang dalam rumus di atas dituliskan sebagai y atau daya hantar jenis, juga akan menentukan penampang kabel, 56 untuk daya hantar jenis tembaga, 32,7 untuk daya hantar jenis alumunium dan 7 untuk daya hantar jenis besi. Akan tetapi tembaga adalah jenis penghantar yang paling umum digunakan maka dalam rumus di atas yang dituliskan adalah daya hantar jenis tembaga.

Contoh soal 1:

Sebuah pemanas heater 380 volt 10000 watt rencananya akan disambungkan dengan kabel tembaga dengan panjang 350 meter dari sumber listrik (panel), rugi tegangan yang diinginkan adalah 5 volt. Hitung berapa diameter kabel yang dibutuhkan ?

Penyelesaian :

q = ( L . N ) : ( y . ev . E )

q = (350 . 10.000) : ( 56 . 5 . 380 )

q = (3.500.000) : (106.400)

q = 32,8 mm2

Jadi, penampang kawat tembaga yang dibutuhkan untuk pemanas heater dengan instalasi sepanjang 350 meter adalah 32,8 mm atau bila memakai ukuran kabel yang umum dijual di pasaran adalah dengan ukuran kabel 35 mm2.

3.2.2 Rumus untuk mengetahui resistansi (hambatan) dalam kabel

Hal yang perlu kita ketahui selanjutnya setelah menentukan diameter kabel adalah mengetahui resistansinya, karena seperti yang telah kita ketahui bersama bahwa resistansi inilah dalam hukum ohm nilainya akan berbanding terbalik dengan tegangan (V) dan arus (I). Rumus untuk mengetahui resistansi dalam

kabel adalah :

Karena pada umumnya yang kita ketahui pada kabel adalah diameter penampang, sedangkan untuk menggunakan rumus di atas harus diketahui luas penampang, maka kita dapat mencarinya dengan rumus:

Contoh soal 2 :

Dari contoh soal no.1 di atas, selanjutnya akan dapat kita ketahui berapa resistansinya dengan memakai rumus 1.2 di atas. Penyelesaian :

3.2.3 Hukum Ohm

Pada suatu rangkaian tertutup, seperti gambar dibawah ini :

Besarnya arus I berubah sebanding dengan tegangan V dan berbanding terbalik dengan beban tahanan R, atau dapat dinyatakan dengan rumus :

Contoh soal 3 :

Dari contoh soal gabungan no.1 dan 2 di atas dengan menggunakan hukum ohm,maka kita akan dapat mengetahui kerugian daya listrik yang ada pada penghantarsepanjang 350 meter tersebut.

Untuk mengetahui rugi daya yang ada pada penghantar, maka yang kita gunakan adalah R total, R total adalah penjumlahan R1 dan R2 yaitu:

14,4404332 + 0,175 = 14,6154332

Daya (P) keseluruhan setelah dihubungkan kabel 35 mm2 adalah = I2 . R

P total = 26,3152 . 14,6154332

P total = 692,479225 . 14,6154332

P total = 10120 watt

Rugi daya pada penghantar adalah P total – P beban = 10120 – 10000 = 120 watt

Jadi, dengan demikian dapat diketahui bahwa heater pemanas 10000 watt 380 volt

yang dihubungkan dengan kawat tembaga diameter 32,8 mm2 sepanjang 350

meter, rugi dayanya adalah sebesar 120 watt.

Disamping faktor diatas, rugi-rugi listrik juga dapat disebabkan oleh media isolasi yang tidak baik sehingga arus bocor mengalir. Perhitungan sama arus yang mengalir dikalikan dengan besarnya dari tahanan tersebut. Jika seandainya instalasi kabel heater pemanas diatas memakain acuan tabel, maka kita dapat hitung betapa banyaknya rugi-rugi daya listrik yang ditimbulkan.

3.3 Jenis Daya Listrik

3.3.1 Daya aktif

Untuk tenaga listrik nyata (wujud) yang dikeluarkan oleh arus bolak-balik

yang mempunyai fasa adalah :

Dalam jumlah usaha nyata/ wujud yang dilakukan oleh arus dan tegangan bolak balik yang mempunyai fasa yaitu sebesar :

3.3.2 Daya reaktif (VAR)

Adalah daya listrik yang secara electric bisa diukur, secara vektor merupakan penjumlahan vektor dari perkalian E x I dimana arus mengalir pada komponen resistor sehingga arah vektornya searah dengan tegangan, dan vektor yang arah 90 deg terhadap tegangan, tergantung pada beban seperti induktif dan kapasitif. Biasanya daya yang searah dengan tegangan disebut dengan daya aktif,sedangkan yang lain disebut dengan daya reaktif.

Untuk tenaga listrik reaktif yang dikeluarkan oleh arus bolak-balik yang mempunyai fasa dengan tegangan bolak-balik yaitu :

3.3.3 Segitiga daya

Dari hal tersebut diatas, maka daya listrik yang digambarkan sebagai segitiga siku-siku yang secara vektoris adalah penjumlahan daya aktif dan reaktif dan sebagai resultannya adalah daya semu atau daya buta.