Prinsip kelistrikan dan sistem instalasi listrik merupakan pengetahuan mengenai kelistrikan yang berarti konsep dan teori benda yang muncul dari adanya muatan listrik, serta sistem instalasi listrik yang berarti rangkaian yang menghasilkan sebuah aliran listrik (Tim Kemdikbud, 2017, hlm. 49-53). Jadi kedua topik tersebut adalah konsep dan praktik yang dibutuhkan untuk mengetahui dan membuat instalasi listrik yang bekerja dan dapat dimanfaatkan bagi kehidupan kita.
Listrik adalah hal yang sangat penting dan hampir dibutuhkan layaknya udara dan air bagi manusia hari ini. Tanpa listrik dapat dipastikan bahwa keadaan kemakmuran manusia yang kini sangat mengandalkannya dapat terganggu dan terancam. Oleh karena itu, penting bagi kita untuk menguasai prinsip kelistrikan dan sistem instalasi listrik.
Berikut adalah berbagai pemaparan yang mengantarkan kita pada pemahaman sekaligus kemahiran dalam mengamati, menganalisis, serta merangkai sistem instalasi listrik. Tentunya untuk mendapatkan pengetahuan yang holistik (menyeluruh) kita akan memulainya dari wawasan umum mengenai listrik.
Wawasan Kelistrikan
Listrik adalah salah satu teknologi paling mutakhir yang telah ditemukan oleh manusia. Pengguna listrik menjangkau hampir seluruh lapisan masyarakat, baik di kota maupun di desa. Namun sayangnya di Indonesia sendiri aliran listrik belum menjangkau sepenuhnya hingga ke pedalaman. Hal tersebut disebabkan oleh minimnya infrastruktur atau pilihan dari masyarakatnya sendiri seperti pada suku Baduy dalam.
Meskipun kita telah menggunakan dan merasakan manfaatnya setiap hari, namun sebetulnya kita tidak begitu benar-benar tahu apa itu sebenarnya listrik bukan? Bagaimana cara membuatnya? Seperti apa sebetulnya cara kerja dari listrik ini? Berikut adalah pemaparannya.
Pengertian Kelistrikan
Kelistrikan adalah sifat benda yang muncul dari adanya muatan listrik (Tim Kemdikbud, 2017, hlm. 50). Ada dua jenis muatan listrik, yakni muatan listrik negatif dan positif. Suatu benda akan bermuatan listrik negatif jika kelebihan elektron. Sebaliknya, suatu benda akan bermuatan listrik positif jika kekurangan elektron. Secara alami, muatan listrik positif selalu mengalir dari titik berpotensial tinggi ke titik yang berpotensial rendah.
Aliran seperti itu disebut sebagai arah arus listrik konvensional. Namun sebetulnya muatan listrik yang bergerak di dalam konduktor bukanlah muatan listrik positif, melainkan muatan listrik negatif (elektron) dan arah aliran elektron berlawanan dengan arah aliran muatan positif.
Lalu apa itu elektron? Elektron adalah salah satu partikel subatom yang membentuk atom. Atom sendiri merupakan penyusun segala benda dan makhluk hidup. Untuk lebih jelasnya, simak pembahasan lengkap mengenai elektron pada artikel di bawah ini.
Jenis Listrik
Pada dasarnya, arus listrik adalah peristiwa mengalirnya elektron secara kontinyu pada konduktor akibat perbedaan jumlah elektron pada beberapa lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama. Ya, sebetulnya elektron ada di seluruh semesta termasuk pada diri kita sendiri (manusia), namun hanya elektron yang mengalirlah yang dapat menghasilkan listrik. Bahkan, tepatnya listrik adalah aliran atau arus yang dihasilkan oleh pergerakan elektron, bukan elektronnya sendiri.
Arus listrik dibagi menjadi dua (2) jenis, yaitu:
- Listrik Arus Searah atau DC (Direct Current) adalah arus listrik yang arahnya tetap.
- Listrik Arus Bolak-balik atau AC (Alternating Current) adalah arus yang besar dan arahnya selalu berubah-ubah.
Satuan SI untuk arus listrik adalah Ampere (A). Secara formal satuan Ampere didefi nisikan sebagai arus konstan yang bila dipertahankan akan menghasilkan gaya sebesar 2 x 10-7 newton/meter di antara dua penghantar lurus sejajar, dengan luas penampang yang dapat diabaikan, berjarak 1 meter satu sama lain dalam ruang hampa udara.
Dalam listrik, muatan menghasilkan medan elektromagnetik yang dilakukan ke muatan lainnya. Listrik muncul akibat adanya beberapa tipe fisika sebagai berikut:
- Muatan listrik: sifat beberapa partikel subatomik yang menentukan interaksi elektromagnetik. Substansi yang bermuatan listrik menghasilkan dan dipengaruhi oleh medan elektromagnetik.
- Medan listrik (lihat elektrostatis): tipe medan elektromagnetik sederhana yang dihasilkan oleh muatan listrik ketika diam (maka tidak ada arus listrik). Medan listrik menghasilkan gaya ke muatan lainnya.
- Potensial listrik: kapasitas medan listrik untuk melakukan kerja pada sebuah muatan listrik, biasanya diukur dalam volt.
- Arus listrik: perpindahan atau aliran partikel bermuatan listrik, biasanya diukur dalam ampere.
- Elektromagnet: Muatan berpindah menghasilkan medan magnet. Arus listrik menghasilkan medan magnet dan perubahan medan magnet menghasilkan arus listrik.
Manfaat Listrik
Tentunya salah satu manfaat listrik yang paling jelas terasa dalam kehidupan listrik adalah adanya penerangan. Penerangan seperti lampu memanfaatkan sumber arus listrik sehingga dapat menyala. Dengan adanya lampu yang menyala, kita dapat melakukan berbagai aktivitas kehidupan sehari-hari dan manfaatnya dapat menjadi opsi penerangan saat matahari sedang tenggelam.
Selain berfungsi sebagai penerangan, fungsi lain dari arus listrik adalah sumber energi. Alat bantu berupa rangkaian elektronik membutuhkan energi listrik agar dapat bekerja. Berbagai peralatan elektronik itu penting bagi kehidupan sehari-hari apalagi untuk menunjang aktivitas pekerjaan manusia dalam mencari nafkah.
Pada teknik elektro, listrik digunakan untuk tenaga listrik yang digunakan untuk menghidupkan peralatan elektronik yang berhubungan dengan sirkuit listrik yang melibatkan komponen listrik aktif seperti tabung vakum, transistor, dioda, dan sirkuit terintegrasi.
Baca juga: Dasar-Dasar Elektronika: Sejarah, Komponen, Konsep & Alat
Fenomena listrik telah dipelajari sejak zaman purba, meskipun pemahaman secara teoritisnya berkembang lamban hingga abad ke17 dan 18. Meski begitu, aplikasi praktisnya saat itu masih sedikit. Baru pada akhir abad ke-19 para insinyur dapat memanfaatkannya pada industri dan rumah tangga.
Perkembangan yang luar biasa cepat pada teknologi listrik mengubah industri dan masyarakat. Fleksibilitas listrik yang amat beragam menjadikan penggunaannya yang hampir tak terbatas seperti transportasi, pemanasan, penerangan, telekomunikasi, dan komputasi. Tenaga listrik saat ini adalah tulang punggung masyarakat industri modern.
Pembangkit Listrik
Berdasarkan pentingnya manfaat listrik bagi kehidupan masyarakat, tentunya manusia harus berusaha untuk mendapatkan listrik yang cukup besar sehingga dapat dialirkan dan dibagikan pada seluruh masyarakat. Pembangkit listrik adalah solusi dari kebutuhan listrik tersebut.
Pembangkit listrik adalah suatu alat yang dapat membangkitkan dan memproduksi tegangan listrik dengan cara mengubah suatu energi tertentu menjadi energi listrik. Beberapa contoh jenis pembangkit tenaga listrik yaitu PLTA, PLTU, PLTG, PLTN, PLTS, dan lainnya.
PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air)
Pembangkit listrik tenaga air atau disingkat PLTA adalah pembangkit yang mengandalkan energi potensial dan kinetik dari air untuk menghasilkan energi listrik. Energi listrik yang dibangkitkan ini biasa disebut sebagai hidroelektrik.
Bentuk utama dari pembangkit listrik jenis ini adalah generator yang dihubungkan ke turbin yang digerakkan oleh tenaga kinetik dari air. Namun, secara luas, pembangkit listrik tenaga air tidak hanya terbatas pada air dari sebuah waduk atau air terjun, melainkan juga meliputi pembangkit listrik yang menggunakan tenaga air dalam bentuk lain seperti tenaga ombak. Hidroelektrisitas adalah sumber energi terbaharui.
Di Indoensia sendiri pembangkit listrik tenaga air telah cukup banyak di implementasikan. Contohnya adalah PLTA Bakaru Sulawesi Selatan, PLTA Sigura-gura Sumatera Utara, PLTA Saguling Jawa Barat, dsb.
PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap)
Pada PLTU, uap ditampung dan disalurkan untuk memutarkan turbin uap. Energi mekanis dari putaran turbin diubah menjadi energi listrik oleh generator. Beberapa contoh pembangkit listrik tenaga uap di Indonesia meliputi: PLTU Semarang Jawa Tengah dan PLTU Suralaya Cilegon banten.
PLTN (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir)
Pembangkit listrik ini menggunakan energi uap yang dihasilkan oleh reaktor nuklir untuk memutarkan turbin uap. Dari turbin inilah energi mekanis diubah menjadi energi listrik. Hingga artikel ini terbit, di Indonesia belum ada pembangkit listrik tenaga nuklir yang telah beroperasi. Meskipun begitu, riset mengenai nuklir ini telah dilakukan dari sejak dahulu oleh BATAN atau badan tenaga nuklir nasional yang sudah merencanakan dan mengembangkan PLTN pula. Beberapa contoh PLTN dapat kita lihat di Jepang, Rusia, dan beberapa negara maju lainnya.
PLTB (Pembangkit Listrik Tenaga Batubara)
Pembangkit listrik ini menggunakan bahan bakar fosil berupa batubara yang dibakar untuk mendidikan air agar menghasilkan uap. Uap yang dihasilkan digunakan untuk menggerakan turbin uap atau turbin gas kemudian diubah menjadi energi listrik. Contohnya ada di PLTB Bukit Asam Sumatera Utara, dan beberapa daerah lainnya di Indonesia.
Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)
Pembangkit listrik ini menggunakan cahaya matahari sebagai energi utama. Energi dari cahaya matahari dapat langsung diubah menjadi energi listrik. Pembangkit listrik tenaga surya adalah salah satu opsi terbaik untuk menghasilkan energi yang bersih tanpa meninggalkan residu karbon berlebih yang tidak baik untuk kesehatan manusia dan alam.
Pembangkit Listrik Tenaga Angin
Hembusan angin digunakan untuk memutarkan baling-baling kemudian putaran tersebut digunakan untuk memutarkan generator. Dari generator inilah energi mekanik diubah menjadi energi listrik sehingga listrik yang dihasilkan dapat digunakan dan bila perlu disimpan pada baterai. Seperti tenaga surya, pembangkit listrik tenaga angin juga merupakan salah satu opsi terbaik untuk menyokong gerakan Renewable Energy.
Instalasi Listrik Rumah Tangga
Instalasi listrik adalah suatu rangkaian yang menghasilkan sebuah aliran listrik, bisa berupa sebuah lampu ataupun sebuah sumber listrik (Tim Kemdikbud, 2017, hlm. 53). Secara umum, instalasi listrik terdiri dari sebuah sakelar, stopkontak, dan lampu secara sederhana, input sakelar dapat sumber fasa kemudian outputnya menuju ke beban di mana beban itu adalah lampu, dan harus ada kabel netral di lampu. Melalui rangkaian itu, lampu tersebut akan menyala apabila sakelar di tekan atau di”on”kan.
Komponen Instalasi Listrik
Seperti yang telah dipaparkan di atas, ternyata terdapat banyak komponen atau peralatan yang dapat digunakan pada instalasi listrik. Berikut ini akan dipaparkan berbagai jenis komponen listrik beserta fungsinya secara umum sebagai pengetahuan dasar untuk menyusun instalasi listrik.
Bargainser
Bargainser merupakan alat yang berfungsi sebagai pembatas daya listrik yang masuk ke rumah tinggal dan juga berfungsi sebagai pengukur jumlah daya listrik yang digunakan di rumah tinggal tersebut. Ada beberapa batasan daya yang dikeluarkan oleh PLN untuk dikonsumsi yaitu 220 VA, 450 VA, 900 VA, 1.300 VA dan 2.200 VA.
Bargainser terdiri atas tiga bagian utama, yaitu sebagai berikut.
- MCB (Miniatur Circuit Breaker), berfungsi untuk memutuskan aliran daya listrik secara otomatis jika daya yang dihantarkan melebihi nilai batasannya. MCB bersifat on/off dan juga berfungsi sebagai sakelar utama dalam rumah. Jika MCB bargainser ini dalam kondisi off maka seluruh aliran listrik dalam rumah akan terhenti. Sakelar ini biasanya dimatikan pada saat akan dilakukan perbaikan instalasi listrik di rumah.
- Meter listrik atau kwh meter, alat ini berfungsi untuk mengukur besaran daya yang digunakan oleh rumah tinggal tersebut dalam satuan kWh (kilowatthour). Pada bargainser, meter listrik berwujud deretan angka secara analog ataupun digital yang akan berubah sesuai penggunaan daya listrik.
- Spin Control, merupakan alat control penggunaan daya dalam rumah tinggal dan akan selalu berputar selama ada daya listrik yang digunakan. Perputaran spin control akan semakin cepat jika daya listrik yang digunakan juga semakin besar, sebaliknya akan melambat jika daya listrik yang digunakan juga berkurang atau sedikit.
- Pada kanal output bargainser biasanya terdapat 3 kabel yaitu kable fasa, kabel netral, dan kabel ground yang dihubungkan ke tanah. Listrik dari PLN harus dihubungkan dengan bargainser terlebih dahulu sebelum masuk ke instalasi listrik rumah tinggal.
Pengaman listrik
Instalasi listrik rumah tinggal pun membutuhkan pengaman yang berfungsi untuk memutuskan rangkaian listrik apabila terjadi gangguan pada instalasi listrik rumah tinggal , seperti gangguan hubungan arus pendek atau short sirkuit atau korsleting. Terdapat dua (2) jenis pengaman listrik pada instalasi listrik rumah tinggal, yakni sebagai berikut.
- Pengaman lebur biasa atau biasa disebut sekering, alat pengaman ini bekerja memutuskan rangkaian listrik dengan cara meleburkan kawat yang ditempatkan pada suatu tabung apabila kawat tersebut dialiri arus listrik dengan ukuran tertentu.
- Pengaman listrik thermos, biasa disebut MCB, merupakan alat pengaman yang akan memutuskan rangkaian listrik berdasarkan panas.
Sakelar
Sakelar atau switch merupakan komponen instalasi listrik yang berfungsi untuk menyambung atau memutuskan aliran listrik pada suatu penghantar. Berdasarkan besarnya tegangan, sakelar dapat dibedakan menjadi:
- Sakelar tegangan rendah.
- Sakelar tegangan menengah.
- Saklar tegangan tinggi atau sangat tinggi.
Sedangkan berdasarkan tempat dan pemasangannya, sakelar dapat dibedakan menjadi:
- Sakelar in-bow, sakelar yang ditanam di dalam tembok
- Sakelar out-bow, sakelar yang dipasang pada permukaan tembok.
Jenis sakelar berikutnya dapat dibedakan berdasarkan fungsinya, yaitu:
- Sakelar on-off, merupakan sakelar yang bekerja menghubungkan arus listrik jika tombolnya ditekan pada posisi on, sedangkan untuk memutuskan arus listrik tombolnya ditekan pada posisi off. Jenis sakelar ini biasanya digunakan untuk sakelar lampu.
- Sakelar push-on, merupakan sakelar yang menghubungkan arus listrik jika tombolnya ditekan pada posisi on akan secara otomatis memutuskan arus listrik. Ketika tombolnya dilepas dan kembali ke posisi off dengan sendirinya. Biasanya sakelar ini digunakan untuk sakelar bel rumah.
Berdasarkan jenis perunitnya, sakelar dapat dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu:
- Sakelar tunggal, merupakan sakelar yang hanya mempunyai satu buah kanal input yang terhubung dengan sumber listrik, serta kanal output yang terhubung dengan beban listrik/alat listrik yang digunakan.
- Sakelar majemuk, merupakan sakelar yang memiliki satu buah kanal input yang terhubung dengan sumber arus listrik, namun memiliki banyak kanal output yang terhubung dengan beberapa beban/alat listrik yang digunakan. Jumlah kanal output tergantung dari jumlah tombol pada sakelar tersebut.
Stop kontak
Stop kontak atau biasa disebut outlet, merupakan komponen listrik yang berfungsi sebagai muara hubungan antara alat listrik dengan aliran listrik. Agar alat listrik terhubung dengan stop kontak, maka diperlukan kabel dan steker atau colokan yang akan ditancapkan pada stop kontak.
Berdasarkan bentuk serta fungsinya, stop kontak dapat dibedakan menjadi 2 macam, yaitu:
- Stop kontak kecil, merupakan stop kontak dengan 2 lubang (kanal) yang berfungsi untuk menyalurkan listrik pada daya rendah ke alat-alat listrik melalui steker yang juga berjenis kecil.
- Stop kontak besar, merupakan stop kontak dengan 2 kanal AC yang dilengkapi dengan lempeng logam pada sisi atas dan bawah kanal AC yang berfungsi sebagai ground. Sakelar jenis ini biasanya digunakan untuk daya yang lebih besar.
Sedangkan berdasarkan tempat pemasangannya dikenal 2 jenis stop kontak, yaitu:
- Stop kontak in bow, merupakan stop kontak yang dipasang di dalam tembok.
- Stop kontak out bow, merupakan stop kontak yang dipasang di luar tembok atau hanya diletakkan di permukaan tembok pada saat berfungsi sebagai stop kontak portable.
Steker
Steker atau staker atau yang sering disebut colokan listrik, karena memang berupa 2 buah colokan berbahan logam dan merupakan alat listrik yang berfungsi untuk menghubungkan alat listrik dengan aliran listrik, ditancapkan pada kanal stop kontak sehingga alat listrik tersebut dapat digunakan.
Berdasarkan fungsi dan bentuknya, steker memiliki 2 jenis, yakni:
- Steker kecil, merupakan steker yang digunakan untuk menyambung alat-alat listrik berdaya rendah, misalnya lampu atau radio kecil dengan sumber listrik atau stop kontak.
- Steker besar, merupakan steker yang digunakan untuk alat-alat listrik yang berdaya besar, misalnya lemari es, microwave, mesin cuci, dan lain-lain dengan sumber listrik atau stop kontak. Pada steker jenis ini terdapat lempeng logam untuk kanal ground yang berfungsi sebagai pengaman.
Kabel
Kabel listrik merupakan komponen listrik yang berfungsi untuk menghantarkan energi listrik ke sumber-sumber beban listrik atau alat-alat listrik. Untuk instalasi listrik rumah tinggal, kabel yang digunakan biasanya berjenis sebagai berikut:
- NYA, kabel jenis ini merupakan kabel listrik yang berisolasi PVC dan berintikan/berisi 1 kawat. Jenisnya adalah kabel udara atau tidak ditanam dalam tanah. Kabel listrik ini biasanya berwarna merah, hitam, kuning, atau biru. Isolasi kawat penghantarnya hanya 1 lapis sehingga tidak cukup kuat terhadap gesekan, gencetan/tekanan atau gigitan binatang seperti tikus. Kelemahan isolasi itulah maka dalam pemasangannya diperlukan pelapis luar dengan menggunakan pipa conduit dari PVC atau besi.
- NYM, merupakan kabel listrik yang berisolasi PVC dan berintikan kawat lebih dari 1, ada yang 2,3 atau 4. Jenis kabel udara dengan warna isolasi luar biasanya putih dan warna isolasi bagian dalam beragam. Isolasi rangkap inilah maka kabel NYM ini relatif lebih kuat terhadap gesekan atau gencetan/tekanan.
- NYY, kabel listrik jenis ini merupakan kabel berisolasi PVC, berintikan 2,3 atau 4 dengan warna isolasi luarnya hitam. Jenis kabel tanah, sehingga tahan terhadap air dan gencetan atau tekanan.
- NYMHYO, kabel jenis ini merupakan kabel serabut dengan dua buah inti yang teridir dari 2 warna. Kabel jenis ini biasa digunakan pada loudspeaker sound sistem, lampu-lampu berdaya kecil sampai sedang.
Peralatan Kelistrikan
Adapun peralatan yang biasa digunakan untuk intsalasi listrik adalah:
- Test pen
Test pen merupakan alat bantu pengukuran sederhana, test pen digunakan untuk mengetahui apakah suatu penghantar listrik (kabel atau kawat) memiliki tegangan listrik. - Solder
Solder berbentuk lurus dengan mata solder di ujung yang berbentuk lancip, dan dilengkapi tombol pengatur suhu ukuran tinggi rendahnya panas yang dihasilkan untuk membuat kawat timah mencair agar dapat melepaskan atau menyatukan kaki-kaki komponen pada papan PCB. - Penggaris Siku
Penggaris siku adalah alat yang digunakan untuk mengukur siku dari suatu sambungan, baik siku bagian dalam maupun siku bagian luar. - Pahat
Pahat adalah alat yang digunakan untuk membuat lubang pada kayu. Pada instalasi rumah, instalasi listrik akan banyak berhubungan dengan penampungan atau wadah yang berbahan kayu. - Gunting Seng
Gunting seng adalah alat yang digunakan untuk memotong seng atau sejenisnya. - Ketam
Ketam berfungsi untuk memperhalus permukaan kayu.
Referensi
- Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. (2017). Prakarya SMP/MTs Kelas IX. Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan.