Bagaimana Mengukur Tenaga Elektrik: Panduan Lengkap

Apakah Tenaga Elektrik?

Tenaga elektrik ditakrifkan sebagai hasil darab kuasa elektrik dan masa, dan ia diukur dalam joule (J). Satu joule tenaga elektrik bersamaan dengan satu watt kuasa yang dikonsumsi selama satu saat. Secara matematik, kita boleh menulis:

E=P×t

di mana,

• E adalah tenaga elektrik dalam joule (J)

• P adalah kuasa elektrik dalam watt (W)

• t adalah masa dalam saat (s)

Tenaga elektrik dan kuasa adalah konsep yang berkait rapat. Kuasa elektrik adalah jumlah arus elektrik yang mengalir melalui litar disebabkan oleh perbezaan voltan tertentu di seberangnya. Kuasa elektrik juga adalah kadar di mana tenaga elektrik dihantar atau dikonsumsi oleh peranti atau sistem. Kuasa elektrik diukur dalam watt (W), yang setara dengan joule per saat (J/s). Secara matematik, kita boleh menulis:

P=V×I

di mana,

• P adalah kuasa elektrik dalam watt (W)

• V adalah perbezaan voltan dalam volt (V)

• I adalah arus elektrik dalam amper (A)

Untuk mengukur tenaga elektrik, kita perlu mengetahui kedua-dua kuasa elektrik dan tempoh masa di mana ia diterapkan atau dikonsumsi. Sebagai contoh, jika lampu 100 W dinyalakan selama 10 minit, maka tenaga elektrik yang dikonsumsi olehnya adalah:

E=P×t=100 W×10×60 s=60,000 J

Unit Tenaga Elektrik

Joule adalah unit standard tenaga dalam Sistem Unit Antarabangsa (SI), tetapi ia terlalu kecil untuk tujuan praktikal apabila berurusan dengan jumlah tenaga elektrik yang besar. Oleh itu, unit-unit lain sering digunakan untuk mengukur tenaga elektrik, seperti watt-jam (Wh), kilowatt-jam (kWh), megawatt-jam (MWh), dan gigawatt-jam (GWh). Unit-unit ini diturunkan daripada pendaraban unit kuasa (watt) dengan unit masa (jam).

• Watt-jam (Wh) adalah jumlah tenaga elektrik yang dikonsumsi oleh peranti atau sistem yang menarik satu watt kuasa selama satu jam. Ia menunjukkan seberapa cepat kuasa dikonsumsi selama tempoh masa. Satu watt-jam bersamaan dengan 3,600 joule. Sebagai contoh, lampu LED 15 W mengkonsumsi 15 Wh tenaga elektrik dalam satu jam.

• Kilowatt-jam (kWh) adalah unit tenaga elektrik yang lebih besar yang biasanya digunakan untuk alat rumah tangga dan bil utiliti. Satu kilowatt-jam bersamaan dengan 1,000 watt-jam atau 3.6 megajoule. Sebagai contoh, peti sejuk yang menarik 300 W kuasa mengkonsumsi 300 Wh atau 0.3 kWh tenaga elektrik dalam satu jam.

• Megawatt-jam (MWh) adalah unit tenaga elektrik yang biasanya digunakan untuk mengukur output atau penggunaan penjana kuasa skala besar atau grid. Satu megawatt-jam bersamaan dengan 1,000 kilowatt-jam atau 3.6 gigajoule. Sebagai contoh, penjana kuasa berasaskan arang batu yang mempunyai kapasiti 600 MW menghasilkan 600 MWh tenaga elektrik dalam satu jam.

• Gigawatt-jam (GWh) adalah unit tenaga elektrik yang digunakan untuk mengukur jumlah tenaga elektrik yang sangat besar yang dihasilkan atau dikonsumsi selama tempoh masa yang lama. Satu gigawatt-jam bersamaan dengan 1,000 megawatt-jam atau 3.6 terajoule. Sebagai contoh, jumlah penggunaan tenaga elektrik Amerika Syarikat pada tahun 2019 adalah kira-kira 3,800 TWh atau 3.8 juta GWh.

Jadual berikut merangkumi unit tenaga elektrik dan penukarannya:

Cara Mengukur Tenaga Elektrik dengan Meter

Untuk mengukur tenaga elektrik, kita memerlukan peranti yang boleh merekod kuasa elektrik dan tempoh masa di mana ia diterapkan atau dikonsumsi. Peranti tersebut dipanggil meter tenaga elektrik atau hanya meter tenaga. Meter tenaga adalah peranti yang mengukur jumlah tenaga elektrik yang dikonsumsi oleh kediaman, perniagaan, atau peranti yang dikuasakan secara elektrik. Ia mengukur jumlah kuasa yang dikonsumsi selama tempoh masa dan dikalibrasi dalam unit bil, yang paling biasa adalah kilowatt-jam (kWh). Meter tenaga digunakan dalam litar AC domestik dan industri untuk mengukur penggunaan kuasa.

Terdapat jenis meter tenaga yang berbeza, bergantung kepada teknologi, reka bentuk, dan aplikasi. Beberapa jenis yang biasa adalah:

• Meter electromekanikal: Ini adalah meter tradisional yang menggunakan cakera logam berputar dan elektromagnet untuk mengukur kuasa elektrik dan merekodnya pada siri dial atau penghitung mekanikal. Mereka juga dikenali sebagai meter induksi atau meter Ferraris. Mereka mudah, tahan lasak, dan tepat, tetapi mempunyai beberapa kelemahan, seperti aus mekanikal, kesesuaian terhadap gangguan magnet, dan tidak dapat mengukur kuasa reaktif atau kualiti kuasa.

• Meter elektronik: Ini adalah meter moden yang menggunakan litar elektronik dan sensor untuk mengukur kuasa elektrik dan memaparkannya pada skrin digital atau mentransmisikannya ke sistem jauh. Mereka juga dikenali sebagai meter padat atau meter digital. Mereka mempunyai banyak kelebihan berbanding meter electromekanikal, seperti ketepatan yang lebih tinggi, pemeliharaan yang lebih rendah, pembacaan dan komunikasi jauh, pelbagai pilihan tarif, dan ciri-ciri lanjutan seperti respons permintaan, profil beban, dan analisis kualiti kuasa.

• Meter pintar: Ini adalah meter canggih yang menggunakan teknologi digital dan komunikasi tanpa wayar untuk mengukur kuasa elektrik dan mengirimkannya ke sistem pusat atau rangkaian grid pintar. Mereka juga dikenali sebagai infrastruktur meteran canggih (AMI) atau sistem meteran cerdas (IMS). Mereka mempunyai banyak manfaat berbanding meter elektronik, seperti pengumpulan dan analisis data masa nyata, penjenisan harga dan bil, pengesanan dan pemulihan gangguan, pengurusan sisi permintaan, dan keterlibatan pelanggan.

Prinsip asas mengukur tenaga elektrik dengan meter adalah menggandakan kuasa elektrik dengan tempoh masa di mana ia diterapkan atau dikonsumsi. Namun, bergantung pada jenis meter dan jenis beban, terdapat cara yang berbeza untuk menghitung kuasa elektrik. Beberapa kaedah yang biasa adalah:

• Meter fasa tunggal: Ini adalah meter yang mengukur kuasa elektrik dalam litar AC fasa tunggal, yang mempunyai satu wayar hidup dan satu wayar neutral. Cara termudah untuk menghitung kuasa elektrik dalam litar fasa tunggal adalah menggandakan voltan dengan arus. Namun, jika beban bukan resistif sepenuhnya, maka terdapat perbezaan fasa antara voltan dan arus, yang mengurangkan kuasa efektif yang dihantar ke beban. Kuasa efektif ini dipanggil kuasa nyata atau kuasa aktif, dan dihitung dengan menggandakan voltan dengan