Struktur atom

Atom terdiri atas inti atom (proton dan neutron) dan electron yang bergerak mengelilingi inti atom. Pernyataan ini dinyatakan oleh Rutherford melalui eksperimennya (penembakan lempeng logam emas oleh sinar alfa), sementara posisi electron dalam atom masih diperdebatkan.

Teori atom Bohr menyatakan bahwa electron bergerak mengelilingi inti pada lintasan tertentu berbentuk lingkaran dan kedudukan electron dalam atom dapat diketahui dengan pasti, tetapi hal itu bertentangan dengan

a.      Sifat dualisme electron yaitu bersifat gelombang dan partikel, Broglie (1924). Menurut Broglie electron bergerak mengelilingi inti atom melakukan gerakan gelombang.

b.      Asas ketidak pastian Heisenberg (1927) menyatakan bahwa gerakan lintasan electron dan beserta kedudukannya tidak dapat diketahui dengan tepat.

c.       Persamaan gelombang Schrodinger (1927). Berdasarkan postulat Broglie, Schrondinger mengembangkan persamaan matematika yang menghubungkan sifat-sifat gelombang dengan energy electron.

Tiga hal tersebut yang mendasari munculnya atom modern (mekanika kuantum) yang berbunyi

1.      Atom terdiri dari inti atom yang berisikan proton dan neutron, serta electron.

2.      Electron-elektron mengintari inti atom dan berada pada orbit tertentu yang membentuk kulit atom. Hal itu disebut dengan konsep orbital.

3.      Orbital adalah suatu ruang disekitar inti atom tempat peluang electron dapat ditemukan.

4.      Kedudukan electron pada orbital- orbitalnya dinyatakan dengan bilangan kuantum.

Dengan teori mekanika kuantum, kedudukan electron pada saat tertentu tidak dapat diketahui dengan pasti, tetapi hanya dapat ditentukan keboleh jadiaannya.

Read More

REAKTOR NUKLIR

Energy yang di hasilkan dalam reaksi fisi nuklir dapat dimanfaatkan untuk keperluan yang berguna. Untuk itu, reaksi fisi harus berlangsung secara  terkendali di dalam sebuah reactor nuklir. Sebuah reactor nuklir paling tidak harus memiliki empat komponen dasar yaitu bahn bakar, moderator neutron, batang kendali, dan perisai beton.

                             

1.      Bahan bakar

Elemen bahan bakar menyediakan sumber inti atom yang akan mengalami fusi nuklir. Bahang yang biasanya di gunakan sebagai bahan bakar adalah uranium UO₂. Bahan bakar tersebut akan dibungkus oleh selongsong yang nantinya di tempatkan di teras reactor.

2.      Moderator neutron

Neutron-neutron yang dihasilkan dalam fisi uranium berada dalam kelajuan yang cukup tinggi atau sering disebut sebagai neutron cepat (energinya sekitar MeV). Sedangkan neutron yang memungkinkan terjadinya fisi nuklir adalah neutron lambat (energinya sekitar 0,04 eV) sehingga diperlukan material yang dapat memperlambat kelajuan neutron ini. Jadi, di dalam teras reactor terdapat air sebagai moderator yang berfungsi memperambat kelajuan neutron, karena neutron akan kehilangan sebagian energinya saat bertumbukan dengan molekul-molekul air.

3.      Batang kendali

Agar reaksi berantai terkendali dengan hanya satu neutron saja yang diserap untuk memicu fisi nuklir berikutnya, maka digunakan bahan yang dapat menyerap neutron2 di dalam teras reactor. Bahan seperti boron (B) atau cadmium (Cd) dan hafnium (Hf) sering digunakan sebagai batang kendali karena efektif dalam menyerap neutron.

4.      Perisai beton

Radiasi yang dihasilkan dalamm proses pembelahan inti atom atau fisi nuklir dapat membahayakan linkungan di sekitar reactor. Diperlukan pelindung di sekeliling reactor nuklir agar radiasi dari zat radio aktif di dalam reactor tidak menyebar ke lingkungan sekitar reactor. Fungsi ini dilakukan oleh perisai beton yang dibuat mengelilingi teras reactor.

5.      System pemindahan panas

System pemindahan panas ini berfungsi untuk memindahkan  panas dari pendingin primer ke pending sekunder. Pada kebanyakan reactor, moderator merupakan pendingin primer sedangkan pendingin sekunder biasanya di pergunakan dalam bentuk gas helium (He) dan karbon dioksida (CO₂).

Read More

Batu bara

Batu bara adalah salah satu bahan bakar fosil. Pengertian umumnya adalah batuan sedimen yang dapat terbakar, terbentuk dari endapan organik, utamanya adalah sisa-sisa tumbuhan dan terbentuk melalui proses pembatubaraan. Unsur-unsur utamanya terdiri dari karbon, hidrogen dan oksigen.
Batu bara juga adalah batuan organik yang memiliki sifat-sifat fisika dan kimia yang kompleks yang dapat ditemui dalam berbagai bentuk.
Analisis unsur memberikan rumus formula empiris seperti C₁₃₇H₉₇O₉NS untuk bituminus dan C₂₄₀H₉₀O₄NS untuk antrasit.

Read More

PLTS ( pembangkit listrik tenaga matahari)

A.     PENGERTIAN

Pembangkit listrik tenaga surya adalah pembangkit listrik yang mengubah energi surya menjadi energi listrik. Energi surya atau matahari telah dimanfaatkan di banyak belahan dunia dan jika dieksplotasi dengan tepat, energi ini berpotensi mampu menyediakan kebutuhan konsumsi energi dunia saat ini dalam waktu yang lebih lama. Matahari dapat digunakan secara langsung untuk memproduksi listrik atau untuk memanaskan bahkan untuk mendinginkan. Potensi masa depat energi surya hanya dibatasi oleh keinginan  untuk menangkap kesempatan. Ada banyak cara untuk memanfaatkan energi dari matahari. Tumbuhan mengubah sinar matahari menjadi energi kimia dengan menggunakan fotosintesis.  memanfaatkan energi ini dengan memakan dan membakar kayu. Bagimanapun, istilah “tenaga surya” mempunyai arti mengubah sinar matahari secara langsung menjadi panas atau energi listrik untuk kegunaan

B.     TIPE ENERGI MATAHARI

Tipe energi matahari ada 2 yaitu “sinar matahari” dan “photovoltaic”

a)       Sinar matahari berupa panas yang sering kita rasakan

b)      Photovoltaic tenaga matahari melibatkan pembangkit listrik dari cahaya. Sistem photovoltaic tidak membutuhkan cahaya matahari yang terang untuk beroperasi. Sistem ini juga membangkitkan listrik di saat hari mendung, dengan energi keluar yang sebanding ke berat jenis awan. Photovoltaic juga digunakan untuk menyediakan listrik di wilayah yang tidak terdapat jaringan pembangkit tenaga listrik. Sel photovoltaic juga dapat digunakan untuk menyediakan tenaga maksimum ke gedung pada saat hari di musim panas ketika sistem AC membutuhkan energi yang besar, hal itu membantu mengurangi beban maskimum elektrik. Baik dalam skala besar maupun skala kecil photovoltaic dapat mengantarkan tenaga ke jaringan listrik, atau dapat disimpan dalam sel-nya.

C.     STRUKTUR SEL SURYA

Gambar diatas  menunjukan ilustrasi sel surya dan juga bagian-bagiannya. Secara umum terdiri dari :

1.      Substrat/Metal backing

Substrat adalah material yang menopang seluruh komponen sel surya. Material substrat juga harus mempunyai konduktifitas listrik yang baik karena juga berfungsi sebagai kontak terminal positif sel surya, sehinga umumnya digunakan material metal atau logam seperti aluminium atau molybdenum. Untuk  sel surya dye-sensitized  (DSSC) dan sel surya organik, substrat juga berfungsi sebagai tempat masuknya cahaya sehingga material yang digunakan yaitu material yang konduktif tapi juga transparan sepertii ndium tin oxide (ITO) dan flourine doped tin oxide (FTO).

2.       Material semikonduktor

Material semikonduktor merupakan bagian inti dari sel surya yang biasanya mempunyai tebal sampai beberapa ratus mikrometer untuk sel surya generasi pertama (silikon), dan 1-3 mikrometer untuk sel surya lapisan tipis. Material semikonduktor inilah yang berfungsi menyerap cahaya dari sinar matahari. Untuk kasus gambar diatas, semikonduktor yang digunakan adalah material silikon, yang umum diaplikasikan di industri elektronik. Sedangkan untuk sel surya lapisan tipis, material semikonduktor yang umum digunakan dan telah masuk pasaran yaitu contohnya material Cu(In,Ga)(S,Se)₂ (CIGS), CdTe (kadmium telluride), dan amorphous silikon, disamping material-material semikonduktor potensial lain yang dalam sedang dalam penelitian intensif seperti Cu₂ZnSn(S,Se)₄ (CZTS) dan Cu₂O (copper oxide).

Bagian semikonduktor tersebut terdiri dari junction atau gabungan dari dua material semikonduktor yaitu semikonduktor tipe-p (material-material yang disebutkan diatas) dan  tipe-n (silikon tipe-n, CdS,dll)  yang membentuk p-n junction. P-n junction ini menjadi kunci dari prinsip kerja sel surya. Pengertian semikonduktor tipe-p, tipe-n, dan juga prinsip p-n junction dan sel  surya akan dibahas dibagian “cara kerja sel surya”.

3.       Kontak metal / contact grid

Selain substrat sebagai kontak positif, diatas sebagian material semikonduktor biasanya dilapiskan material metal atau material konduktif transparan sebagai kontak negatif.

4.      Lapisan antireflektif

Refleksi cahaya harus diminimalisir agar mengoptimalkan cahaya yang terserap oleh semikonduktor. Oleh karena itu biasanya sel surya dilapisi oleh lapisan anti-refleksi. Material anti-refleksi ini adalah lapisan tipis material dengan besar indeks refraktif optik antara semikonduktor dan udara yang menyebabkan cahaya dibelokkan ke arah semikonduktor sehingga meminimumkan cahaya yang dipantulkan kembali.

5.      Enkapsulasi / cover glass

Bagian ini berfungsi sebagai enkapsulasi untuk melindungi modul surya dari hujan atau kotoran.

D.    PRINSIP KERJA

Sinar matahari mengenai solar panel, masuk kedalam solar charg controller, arus disini masih dalam keadaan DC. Lalu dialirkan ke baterai, disini masuk kedalam inverter untuk mengubah arus DC menjadi AC lalu dapat dimanfaatkan untuk berbagai alat-alat elektronik.

E.     KOMPONEN PLTS

1.      Panel Surya (Solar Cell)

Solar panel mengkonversikan tenaga matahari menjadi listrik. Sel silikon (disebut juga solar cells) yang disinari matahari/ surya, membuat photon yang menghasilkan arus listrik. Sebuah solar cells menghasilkan kurang lebih tegangan 0.5 Volt. Jadi sebuah panel surya 12 Volt terdiri dari kurang lebih 36 sel (untuk menghasilkan 17 Volt tegangan maksimun).

2.      Controller

Cara kerja charger controller, pada waktu solar panel mendapatkan energy dari cahaya matahari di siang hari, rangkaian charger controller ini otomatis bekerja dan mengisi (charge ) battery dan menjaga tegangan battery agar tetap stabil. Secara keseluruhan Fungsi dari Controller ini yaitu dapat menjaga agar battery tidak kelebihan (over charger) dan kehabisan tegangan (under charger) dengan begitu maka umur dari battery  bertambah lama.

3.      Battery

Fungsi battery adalah sebagai tempat untuk menyimpan daya (power storage). Untuk battery yang digunakan sebaiknya menggunakan battery gel atau yang selama ini kita kenal dengan istilah battery kering. Battery gel ini adalah yang paling direkomendasikan untuk digunakan pada applikasi solar system. Kelemahannya adalah harganya yang mahal.

4.      Inverter / Converter (Optional)

Inverter adalah perangkat elektrik yang mengkonversikan tegangan searah (DC - direct current) menjadi tegangan bolak balik (AC - alternating current). Alat ini tidak diperlukan untuk beban yang hanya membutuhkan tegangan searah.

F.      KELEBIHAN DAN KEKURANGAN

1.        KELEBIHAN

Ø  Panel surya ramah lingkungan dan tidak memberikan kontribusi terhadap perubahan iklim seperti pada kasus penggunaan bahan bakar fosil karena panel surya tidak memancarkan gas rumah kaca yang berbahaya seperti karbon dioksida.

Ø   Panel surya memanfaatkan energi matahari dan matahari adalah bentuk energi paling berlimpah yang tersedia di planet .

Ø   Panel surya mudah dipasang dan memiliki biaya pemeliharaan yang sangat rendah karena tidak ada bagian yang bergerak.

Ø  Panel surya tidak memberikan kontribusi terhadap polusi suara dan bekerja dengan sangat diam.

Ø  Banyak negara di seluruh dunia menawarkan insentif yang menguntungkan bagi pemilik rumah yang menggunakan panel surya. 

Ø  Harga panel surya terus turun meskipun  masih harus bersaing dengan bahan bakar fosil.

Ø  Tidak diharuskan membeli semua panel surya yang diperlukan dalam waktu yang sama, tetapi dapat dibeli secara bertahap yang berarti tidak perlu melakukan investasi besar secara instan.

Ø    Panel surya tidak kehilangan banyak efisiensi dalam masa pakai  yang mencapai 20  tahun.

Ø  Masa pakainya yang panjang, mencapai 25-30 tahun, menggaransi penggunanya akan menghemat biaya energi dalam jangka panjang pula.

2.      KEKURANGAN

      Panel surya masih relatif mahal, bahkan meskipun setelah banyak mengalami penurunan harga. Harga panel rumah sedang saat ini ser IDR27.500/wp (watt peak) .

      Panel surya masih perlu meningkatkan efisiensi secara signifikan karena banyak sinar matahari terbuang sia-sia dan berubah menjadi panas. Rata-rata panel surya saat ini mencapai efisiensi kurang dari 20%.

        Jika tidak terpasang dengan baik dapat terjadi over-heating  pada panel surya.

       Panel surya terbuat dari beberapa bahan yang tidak ramah lingkungan.

        Daur ulang panel surya yang tak terpakai lagi dapat menyebabkan kerusakan lingkungan jika tidak dilakukan dengan hati-hati karena silikon, selenium, kadmium, dan sulfur heksafluorida (merupakan gas rumah kaca), kesemuanya dapat ditemukan di panel surya dan bisa menjadi sumber pencemaran selama proses daur ulang.

Read More

gangguan tenaga listrik

Macam-macam Gangguan

I. Gangguan Beban Lebih

Beban lebih mungkin tidak tepat disebut sebagai gangguan. Namun karena beban lebih adalah suatu keadaan abnormal yang apabila dibiarkan terus berlangsung dapat membahayakan peralatan, jadi harus diamankan, maka beban lebih harus ikut ditinjau.

Beban lebih dapat terjadi pada trafo atau pada saluran karena beban yang dipasoknya terus meningkat, atau karena adanya maneuver atau perubahan aliran beban di jaringan setelah adanya gangguan. Beban lebih dapat mengakibatkan pemanasan yang berlebihan yang selanjutnya panas yang berlebihan itu dapat mempercepat proses penuaan atau memperpendek umur peralatan listrik.

II. Gangguan Hubung Singkat (Short Circuit)

Hubung singkat / short circuit adalah salah satu gangguan yg bisa terjadi di sistem tenaga listrik. Defenisi hubung singkat menurut IEC 60909 adalah, hubungan konduksi sengaja atau tidak sengaja melalui hambatan atau impedansi yg cukup rendah antara dua atau lebih titik yg dalam keadaan normalnya mempunyai beda potensial.

Penyebab dari hubung singkat diantaranya adalah:

1. Hubungan kontak langsung dengan konduktor bertegangan
2. Temperatur berlebih karena adanya arus berlebih / overload
3. Pelepasan / discharge elektron yg merusak karena tegangan berlebih
4. Busur / arcing karena pengembunan bersama dengan udara, terutama pada isolator

Akibat dari hubung singkat diantaranya adalah:

1. Membahayakan keselamatan manusia
2. Putusnya suplai tenaga listrik
3. Kerusakan peralatan listrik karena peningkatan tekanan termal dan mekanis yg akhirnya tidak bisa ditoleransi oleh peralatan listrik

Jenis-jenis hubung singkat diantaranya:

A. Hubung singkat simetri

Hubung singkat ini terjadi pada sistem 3 fasa saja. Hubung singkat ini terjadi pada ketiga konduktor berarus terhubung singkat secara bersamaan. Jenis hubung singkat simetri hanya untuk hubung singkat 3 fasa dengan atau tanpa ke tanah. Hanya 5% dari total kejadian gangguan hubung singkat adalah hubung singkat 3 fasa.

B. Hubung singkat  tidak simetri

Hubung singkat ini terjadi pada sistem 1 dan 3 fasa. Hubung singkat ini terjadi di antara konduktor berarus dengan atau tanpa ke tanah.

Hubung singkat tidak simetri ini dibagi menjadi

1. Fasa ke fasa tanpa ke tanah
2. Fasa ke fasa dengan ke tanah
3. Fasa ke tanah (80% dari total gangguan hubung singkat)

Diagram hubung singkat ditunjukkan seperti dibawah:

Gambar hubung singlkt: a. 3 Fasa b. Fasa ke fasa c. Fasa-fasa ke tanah d. Fasa ke tanah

Perhitungan arus hubung singkat bisa menggunakan beberapa metode:

1. Metode impedansi
2. Metode komposisi
3. Metode konvensional
4. Metode komponen simetri

Sedangkan menurut standard, terbagi atas 2 yaitu:

1. IEEE
2. IEC

III. Gangguan Tegangan Lebih

Tegangan lebih dapat dibedakan sebagai berikut :

• Tegangan lebih dengan power frequency
• Tegangan lebih transient

Tegangan lebih transient dapat dibedakan :

• Surja Petir (Lightning surge)
• Surja Hubung (Switching surge)

Timbulnya tegangan lebih dengan power frequency, dapat terjadi karena :

• Kehilangan beban atau penurunan beban di jaringan akibat switching,  karena gangguan atau karena maneuver.
• Gangguan pada AVR (Automatic Voltage Regulator) pada generator atau pada on load tap changer dari trafo.
• Over speed pada generator karena kehilangan beban.

IV. Gangguan Kurangnya Daya

Kekurangan daya dapat terjadi karena tripnya unit pembangkit (akibat gangguan di prime movernya atau di generator) atau gangguan hubung singkat di jaringan yang menyebabkan kerjanya relay dan circuit breakernya yang berakibat terlepasnya suatu pusat pembangkit dari sistem. Jika kemampuan atau tingkat pembebanan pusat atau unit pembangkit yang hilang atau terlepas tersebut melampaui spinning reverse system, maka pusat-pusat pembangkit yang masih ada akan mengalami pembebanan yang berkelebihan sehingga frequency akan merosot terus, yang bila tidak diamankan akan mengakibatkan tripnya unit pembangkit lain (cascading) yang selanjutnya dapat berakibat runtuhnya (collapse) sistem (pemadaman total).

V. Gangguan Ketidakstabilan (Instability)

Gangguan hubung singkat atau kehilangan pembangkit dapat menimbulkan ayunan daya (power swing) atau yang lebih hebat dapat menyebabkan unit-unit pembangkit lepas sinkron (out of synchronism). Power swing dapat menyebabkan relay pengaman salah kerja yang selanjutnya menyebabkan gangguan yang lebih luas. Lepas sinkron dapat mengakibatkan berkurangnya pembangkit karena tripnya unit pembangkit tersebut atau terpisahnya sistem, yang selanjutnya dapat menyebabkan gangguan yang lebih luas bahkan runtuh (collapse).

Upaya Mengatasi Gangguan

Dalam sistem tenaga listrik, upaya untuk mengatasi gangguan dapat dilakukan dengan cara :

I. Mengurangi Terjadinya Gangguan

Gangguan tidak dapat dicegah sama sekali, tapi dapat dikurangi kemungkinan terjadinya sebagai berikut :

• Peralatan yang dapat diandalkan adalah peralatan yang minimum memenuhi persyaratan standart yang dibuktikan dengan type test, dan yang telah terbukti keandalannya dari pengalaman. Penggunaan peralatan di bawah mutu standart akan merupakan sumber gangguan.
• Penentuan spesifikasi yang tepat dan design yang baik sehingga semua peralatan tahan terhadap kondisi kerja normal maupun dalam keadaan gangguan, baik secara elektris, thermis maupun mekanis.
• Pemasangan yang benar sesuai dengan design, spesifikasi dan petunjuk dari pabrik.
• Penggunaan kawat tanah pada SUTT/SUTET dengan tahanan pentanahan kaki tiang yang rendah. Untuk pemeriksaan dan pemeliharaan, maka konduktor pentanahannya harus dapat dilepas dari kaki tiangnya.
• Penebangan atau pemangkasan pohon-pohon yang berdekatan dengan kawat fasa SUTM dan SUTT harus dilakukan secara periodik. Dalam hal ini yang perlu diperhatikan tidak hanya jaraknya dalam keadaan tidak ada angin, melainkan juga dalam keadaan pohon-pohon tersebut ketika ditiup angin.
• Penggunaan kawat atau kabel udara berisolasi untuk SUTM harus dipilih dan digunakan secara selektif.
• Operasi dan pemeliharaan yang baik.
• Menghilangkan atau mengurangi penyebab gangguan atau kerusakan melalui penyelidikan.

II. Mengurangi Akibat Gangguan

Menghilangkan gangguan sama sekali dalam suatu sistem tenaga listrik merupakan usaha yang tidak mungkin dapat dilakukan. Oleh karena itu maka usaha yang dapat dilakukan adalah mengurangi akibat kerusakan yang ditimbulkannya. Usaha-usaha yang dapat dilakukan adalah :

• Mengurangi besarnya arus gangguan. Untuk mengurangi arus gangguan dapat dilakukan dengan cara : menghindari konsentrasi pembangkitan (mengurangi short circuit level) menggunakan reaktor dan menggunakan tahanan untuk pentanahan netralnya.
• Penggunaan lighting arrester dan penentuan tingkat dasar isolasi (BIL) dengan koordinasi isolasi yang tepat.
• Melepaskan bagian sistem yang terganggu dengan menggunakan circuit breaker dan relay pengaman.
• Mengurangi akibat pelepasan bagian sistem yang terganggu dengan cara :

1. Penggunaan jenis relay yang tepat dan penyetelan relay yang selektif agar bagian yang terlepas sekecil mungkin.
2. Penggunaan saluran double.
3. Penggunaan automatic reclosing.
4. Penggunaan sectionalizer pada JTM.
5. Penggunaan spindle pada JTM atau setidak-tidaknya ada titik pertemuan antar saluran sehingga ketika ada kerusakan atau pemeliharaan tersedia alternative supply untuk maneuver.
6. Penggunaan peralatan cadangan.

• Penggunaan pola load shedding dan sistem splitting untuk mengurangi akibat kehilangan pembangkit.
• Penggunaan relay dan circuit breaker yang cepat dan AVR dengan response yang cepat pula untuk menghindari atau mengurangi kemungkinan gangguan instability (lepas sinkron).

Read More