Beda Potensial, Beda Fasa, dan Beda Sudut Fasa

Alhamdulillah hari ini tepat di tanggal 16 Ramadhan 1441 H kepikiran untuk kembali menulis di blog. Kali ini kita akan membahas sedikit hal yang mungkin pernah kita jumpai dalam dunia listrik. Bukan hal yang populer sih, tapi tetap perlu untuk kita ketahui. Yaitu mengenai 3 hal yang mengandung kata "beda", yaitu: 

1. Beda Potensial 

2. Beda Fasa 

3. Beda Sudut fasa 

 Oke, kita bahas satu per satu: 

  1. Beda Potensial 

Untuk membahas ini, kita perlu paham dulu yang namanya potensial listrik. Secara sederhana bisa dikatakan bahwa potensial listrik adalah besarnya muatan listrik yang terkandung dalam suatu titik / benda. Satu titik dengan yang lain bisa jadi memiliki potensial listrik yang berbeda, hal ini berpotensi terjadi aliran listrik dari titik yang memiliki potensial tinggi ke potensial yang lebih rendah. Aliran semacam ini disebut arus listrik. Perhatikan gambar 1.1.

Gambar 1.1. Beda potensial 

 Dari gambar di atas dapat kita lihat bahwa titik di sebelah kiri resistor 1K ohm (tanda + di volt meter biru) memiliki potensial listrik yang lebih tinggi daripada di sebelah kanan (tanda + di volt meter hijau). Hal ini menyebabkan arus listrik mengalir dari kiri ke kanan. Sedangkan kedua tanda - di volt meter biru dan hijau dikatakan memiliki potensial yang sama, jadi tidak memiliki beda potensial (sama-sama 0 volt)

2. Beda Fasa
Bagi praktisi maupun akademisi pasti tidak asing dengan yang namanya listrik satu fasa dan listrik 3 fasa. Fasa itu sendiri bisa dikatakan "sumbu" keluaran dari sumber yang memiliki potensial listrik. Sedangkan bagian lain yang tidak memiliki muatan disebut netral. (Kalau masih bingung antara muatan dan potensial listrik, baca kembali poin 1. hehehe..)

Listrik 3 fasa dibangkitkan oleh generator yang memiliki 3 belitan yang terpisah sejauh 120 derajat listrik. Karena belitannya terpisah sejauh 120 derajat, maka keluarannya pun memiliki selisih sejauh 120 derajat listrik. Ilustrasi sederhana generator listrik 3 fasa dapat dilihat pada gambar 2.1. sedangkan gambaran outputnya ditampilkan dalam gambar 2.2.

Gambar 2.1. Diagram sederhana Generator 3 fasa

Gambar 2.2. Output Generator 3 fasa

Dari gambar 2.2 dapat dilihat bahwa terdapat 3 gelombang keluaran yang memiliki perbedaan sudut 120 derajat. Secara matematis ketiga gelombang keluaran tersebut dituliskan dengan persamaan sebagai berikut:

Fasa 1 = A sin wt
Fasa 2 = A sin (wt - 120)

Fasa 3 = A sin (wt + 120)

3. Beda Sudut Fasa
Istilah sudut fasa biasanya ditemui oleh para praktisi tenaga listrik di bidang bisnis dan industri. Pergeseran sudut fasa terjadi karena sifat beban / rangkaian / komponen peralatan listrik yang dipakai. Ada istilah leading (arus mendahului tegangan) jika beban bersifat kapasitif, ada istilah lagging (arus tertinggal dari tegangan) jika beban bersifat induktif, ada istilah unity (arus dan tegangan beriringan) jika beban bersifat resistif murni.

Pergeseran sudut fasa ini sangat diperhatikan di dalam dunia bisnis dan industri karena mereka harus memenuhi power faktor minimum yang dipersyaratkan oleh PLN. Jika pergeseran sudut fasanya terlalu jauh, maka power faktor akan semakin buruk dan akibatnya diberikan biaya tambahan berupa denda.
Untuk memahami mengenai pergeseran sudut fasa, perhatikan gambar 3.1.

Gambar 3.1. Pergeseran Sudut Fasa

Pada gambar 3.1. terdapat 2 rangkaian, yaitu rangkaian dengan beban resistif murni (kanan) dan rangkaian dengan beban resistor + induktor atau rangkaian bersifat induktif (kiri). Arus dari rangkaian resistif murni digambarkan dengan grafik warna biru, sedangkan arus dari rangkaian induktif digambarkan dengan grafik warna hijau.

Kurva warna hijau terlihat sedikit "tertinggal" dari kurva warna biru. Hal ini karena pada rangkaian yang bersifat induktif, arus yang mengalir dari sumber dipakai dulu oleh induktor untuk proses charging, sehingga arus terlambat keluar. sebaliknya saat sumber sudah melalui titik 0 menuju minus, arus yang masih tersimpan pada induktor keluar untuk mengkompensasi arus pada rangkaian.