Alat Penghemat Listrik, Betulkah?

Kalau kita searching "alat penghemat listrik" di internet, akan banyak penawaran alat penghemat listrik lengkap dengan testimoni. Tetapi selain iklan, di youtube juga akan ditemukan berbagai video yang menyanggah klaim penghematan listrik dari alat ini. Ada juga video yang memberitahu bagaimana cara membuat "alat penghemat listrik" ini.

Cara menggunakan alat penghemat listrik ini mudah sekali, tinggal dicolokkan ke salah satu stopkontak di rumah kita, sama seperti memasang setrikaan atau kulkas. Lalu secara ajaib ia akan mengurangi tagihan listrik.

Betulkah begitu?

Mari kita bahas perlahan-lahan.

A. DAYA

Daya adalah laju alir energi, atau energi per satuan waktu. Satuannya adalah watt (sebagai penghormatan kepada James Watt, seorang insinyur dan ahli kimia Skotlandia penemu mesin uap). Satuan yang juga populer adalah kilowatt (ribu watt), atau megawatt (juta watt).

Dalam ilmu listrik, daya (watt) adalah tegangan (volt) dikalikan arus yang mengalir (amper).

Bila satuan-satuan ini kita persamakan, maka W=VA (Watt = Volt Amper). Tapi persamaan ini hanya berlaku untuk listrik arus searah (atau DC, Direct Current). Listrik arus searah adalah listrik yang berasal dari batere (batere kering, batere HP, batere jam, aki), charger batere, atau yang sejenisnya.

Untuk listrik arus bolak balik (atau AC, Alternating Current), rumus W=VA tidak berlaku, karena Watt dan Volt Ampere memiliki makna yang berbeda.

Pada listrik arus bolak balik, dikenal tiga jenis daya. (1) Daya nyata, Dn, satuannya Watt, yakni daya yang seiring dengan waktu berubah menjadi energi. (2) Daya reaktif, Dr,  satuannya VAR, Volt Ampere Reaktif, yakni daya palsu yang tidak berubah menjadi (menghasilkan atau menyerap) energi. (3) Daya tampak, Dt, satuannya VA, Volt Ampere, yang merupakan gabungan antara daya nyata dan daya reaktif.

Daya tampak adalah penjumlahan daya nyata dengan daya reaktif, tetapi menjumlahkannya secara vektor. Daya nyata dan daya reaktif membentuk sudut 90o.

BEBAN LISTRIK ARUS BOLAK BALIK

Listrik arus bolak balik mengenal dua jenis beban.

Beban resistif, yakni beban yang mengubah seluruh daya menjadi energi. Lampu pijar, setrikaan, solder listrik, kompor listrik sederhana, dan panggangan roti termasuk dalam kategori beban resistif, yang mengubah energi listrik menjadi panas secara langsung.

Beban reaktif, yakni beban yang tidak mengubah daya menjadi energi, atau beban imajiner, yakni kapasitor dan induktor.

Bila kapasitor dipasang pada jala-jala listrik, arus akan mengalir, tetapi pembangkit tidak merasakan beban apa-apa, karena perkalian antara tegangan dengan arus yang mengalir (secara vektor) hasilnya nol, karena fasa arus pada kapasitor mendahului tegangan sebesar 90o (arus reaktif, kapasitif).

Demikian pula kalau kita memasangkan induktor (kumparan) pada jala-jala listrik. Arus yang mengalir fasanya tertinggal dari tegangannya sebesar 90o (arus reaktif, induktif). Hasil perkalian vektornya juga nol.

Bagaimana kalau kapasitor dan induktor dipasang bersamaan pada jala-jala listrik secara paralel? Karena beda fasa arus kapasitor dan arus induktor terpaut 180o, maka secara vektor mereka saling mengurangkan. Kalau besaran arusnya kebetulan sama, maka arus mereka saling meniadakan. Kondisi ini disebut resonansi

Peralatan listrik rumah tangga pada umumnya mengandung kumparan atau induktor (pompa air, kulkas, AC, mesin cuci), sehingga ada dua komponen arus yang mengalir, yakni arus yang sefasa dengan tegangannya (arus nyata, resistif) dan arus yang terlambat 90o dari tegangannya (arus reaktif, induktif). Resultante kedua arus ini, arus tampak,  fasanya terlambat dari tegangannya.

B. ENERGI

Daya bukan volume, sehingga tidak dapat ditagih. Penggunaan daya selama jangka waktu tertentu adalah energi, dan merupakan volume, sehingga dapat ditagih.

Energi adalah daya nyata dikalikan waktu. Satuan inti daya adalah Watt, dan waktu adalah detik. Jadi satuan inti energi adalah Watt Detik, atau Joule (James Prescott Joule, fisikawan Inggris). Watt detik atau Joule sama sekali tidak populer di Indonesia dibandingkan dengan KWH.

KWH adalah Kilo Watt Hour, atau Kilo Watt Jam.

1 KWH = 1000x3600 Joule.

Tagihan listrik rumah kita didasarkan pada pemakaian energi dalam satuan KWH.

C. KWH METER

KWH meter adalah alat ukur energi. Telah kita ketahui bahwa energi hanya ada apabila ada daya nyata selama waktu tertentu. KWH meter mengintegralkan daya nyata dengan waktu, dan itulah yang ditagih setiap bulan. Atau, dalam kasus KWH meter prabayar, didebitkan secara terus menerus dari KWH yang tersisa.

D. MCB

MCB adalah Miniature Circuit Breaker, pengaman dan pembatas arus, menggantikan fungsi sekering jaman dulu.

MCB utama yang berada di bawah KWH meter PLN, disegel, lebih bersifat sebagai pembatas arus, agar pelanggan tidak memasang beban melampaui jatah daya yang diberikan.

MCB memutus arus menggunakan prinsip thermal dan magnetik. Kalau arus yang mengalir melampaui kapasitas MCB, batang bimetal di dalam MCB akan melengkung, memutuskan aliran. Makin besar persentasi kelebihan arusnya, makin cepat bimetal melengkung memutuskan arus. Batang bimetal inilah, prinsip thermal, yang merupakan pembatas arus pemakaian pada MCB.

Prinsip magnetik MCB diterapkan dalam bentuk kumparan yang dialiri arus pemakaian. Kalau arus mencapai 4 kali kapasitas MCB, arus segera diputus. Prinsip magnetik ini merupakan pengaman terhadap hubung singkat (kortsleting), dan bereaksai sangat cepat.

Jadi MCB mengamati arus. Tak perduli apakah arus nyata atau arus reaktif. Bila arus melampaui kapasitas MCB, perlahan tapi pasti batang bimetal akan memutuskan arus. Bila terjadi lonjakan arus melampaui 4 kali kapasitas MCB, kumparan magnetik seketika itu juga memutuskan arus.

Di atas telah dijelaskan bahwa beban listrik rumah tangga adalah induktif, sehingga arus tampak lebih besar dari arus nyata. Sebagai gambaran, arus tampak pada pompa air dan kulkas dapat mencapai dua kali arus nyata.

Misalnya pompa air anda memiliki daya output 125 Watt. Pada tegangan 220 Volt, arus yang mengalir seharusnya 125 Watt dibagi 220 volt, yaitu 0,57 Ampere.  Pada kenyataannya arus yang mengalir mungkin 1 Ampere. Katakanlah MCB utama anda kapasitasnya 5 Ampere. Seharusnya anda dapat menyalakan delapan pompa air sejenis. Tetapi ketika anda menyalakan pompa ke lima, tak lama kemudian MCB anda jatuh.

Beban terpasang baru 5x125=625 watt,  sedangkan daya terpasang (daya yang seharusnya dapat anda nikmati) adalah 220Vx5A=1100 watt. Tapi MCB anda sudah tidak kuat.

Pada kasus ini total arus nyata yang mengalir adalah 625/220= 2,84 Ampere,  sedangkan arus tampak sebesar 5 A.

Ini tidak lain karena arus yang mengalir pada MCB sudah mencapai 5A, batang bimetalnya menjadi panas, dan memutuskan aliran listrik. MCB merespon arus tampak.

Perbandingan antara beban yang dapat anda nikmati dengan daya terpasang disebut faktor daya. Daya terpasang satuannya memang bukan watt, tapi VA.

Faktor daya berdasarkan data diatas adalah 625/1000= 0,625.

Apakah anda dirugikan? Tidak. Yang anda bayar adalah energi, yakni KWH.

Apakah anda merasa dirugikan karena anda tidak dapat menggunakan seluruh VA yang tersedia menjadi watt? Mungkin.

Adakah jalan untuk memanfaatkan semua daya terpasang? Ya. Beban yang anda pasang harus seluruhnya resistif. Atau menjadikannya resistif. Caranya: memasang kompensator.

Karena beban rumah tangga adalah induktif, maka kompensatornya harus kapasitif. Telah disebutkan di atas bahwa arus kapasitif berlawanan fasa dengan arus induktif, dan bila besarannya sama, maka hasilnya nol. Beban menjadi resistif.

E. PERHITUNGAN

Satuan kapasitansi adalah farad (dari Michel Faraday, ilmuwan Inggris). Tapi satuan farad adalah satuan yang besar, sehingga satuan yang umum digunakan adalah microFarad (uF), yaitu sepersejuta farad.

Satuan reaktansi sama dengan resistansi, yakni Ohm. Reaktansi kapasitor tergantung kepada kapasitasnya (farad) dan frekuensi jala-jala (Hz, atau hertz, dari Heinrich Rudolf Herts, fisikawan Jerman) di mana ia dipasang.

Besarnya reaktansi:  Xc = 1/(2.pi.f.C).

Kalau C = 10 uF = 0,00001 F,  dan f = 50 Hz, maka Xc=1/(2x3.14x50x0,00001)= 318 Ohm.

Kalau kapasitor ini kita pasang di jala-jala akan mengalir arus kapasitif (Ic)sebesar 220/318= 0,68 A, dengan fasa 90o mendahului tegangan.

Jumlah arus nyata (In)pada kasus 5 pompa ini adalah 2,84 A, sedangkan besar arus tampak (It) adalah 5 A.

Arus induktif (Ii)dihitung dengan rumus Phytagoras:

It^2=In^2+Ii^2

Sehingga Ii^2= It^2- In^2

Atau Ii=( It^2- In^2)= (5^2-2,84^2)= (25-8)= 17=4,12A.

Kita tahu Ii dan Ic berlawanan arah. Sehingga kalau kapasitor 10uF dipasang di rumah anda, arus induktif akan berkurang sebesar 0,68 Ampere, menjadi 3,44 Ampere.

Kita hitung arus tampak dengan menggunakan rumus It^2=In^2+Ii^2

It^2=2,84^2+3,44^2 =19,9

It=19.9=4,46 Ampere. Angka ini lebih kecil dari kapasitas arus MCB anda yang 5 A. Maka dengan memasang kapasitor 10 uF anda dapat menyalakan 5 pompa tanpa dihambat oleh MCB.

Apakah dengan cara ini anda menghemat listrik? Tidak. Anda menghemat arus. Lebih tepatnya: anda mengurangi arus yang tidak berguna.

F. TAGIHAN LISTRIK

Dalam kasus di atas, tanpa kapasitor anda hanya dapat menyalakan 4 pompa. Sedangkan bila anda memasang kapasitor, anda dapat menyalakan 5 pompa. Tagihan mana yang lebih mahal, sebelum atau setelah anda memasang kapasitor?

Kalau pompa anda semua menyala terus menerus selama sebulan, maka tagihan untuk 5 pompa akan lebih besar daripada 4 pompa. Tapi dengan 5 pompa anda juga menghasilkan air lebih banyak.

Alat penghemat listrik yang banyak dijual itu kayaknya isinya Cuma kapasitor, 10 atau 20 uF. Harga kapasitornya paling-paling Rp. 25000 per buah. Setelah dikemas menjadi alat penghemat listrik harganya melambung menjadi Rp. 350000 per buah. Nah.