Rangkaian Seri dan Paralel: Beda, Rumus, dan Contohnya

01Perbedaan seri dan paralel dalam satu tabel

Rangkaian seri hanya punya satu jalan: arus keluar dari sumber, melewati komponen pertama, lalu komponen kedua, baru pulang. Rangkaian paralel bercabang: setiap komponen mendapat jalannya sendiri langsung dari kedua kutub sumber. Seluruh sifat di bawah ini adalah akibat dari satu perbedaan itu, bukan aturan hafalan yang terpisah-pisah.

Baris keempat adalah yang paling menentukan di rumah. Baris keenam menjelaskan kenapa batas instalasi rumah selalu soal arus, tidak pernah soal tegangan.

Bayangkan lampu ruang tamu dirangkai seri dengan lampu dapur. Mematikan satu berarti mematikan keduanya, satu filamen putus memadamkan seluruh jalur, dan mengganti satu lampu dengan daya berbeda mengubah terang lampu yang lain. Itu bukan ketidaknyamanan kecil, itu instalasi yang tidak bisa dipakai.

02Rumus lengkap: seri, paralel, dan campuran

Bentuk paling berguna dari rumus seri adalah pembagi tegangan: V₁ = V × R₁ ÷ R total. Komponen berhambatan besar mengambil tegangan besar, yang berhambatan kecil praktis tidak kebagian. Rugi tegangan pada kabel sebetulnya kasus pembagi tegangan juga — kabel dan beban tersusun seri, dan kabel mengambil jatahnya sesuai hambatannya.

Pada rangkaian paralel berlaku kebalikannya: cabang berhambatan kecil menelan arus terbesar, dan jumlah arus semua cabang selalu sama dengan arus yang keluar dari sumber. Itulah yang dijaga MCB, dan dasar hitungannya ada di hukum Ohm.

03Contoh hitung: tiga hambatan, tiga susunan

Pakai tiga nilai yang sama di ketiga kasus — 10 Ω, 20 Ω, dan 30 Ω — dengan sumber 12 V.

Ketiganya seri

Hambatan total 10 + 20 + 30 = 60 Ω, arus yang sama di ketiganya I = 12 ÷ 60 = 0,2 A. Tegangan masing-masing 2 V, 4 V, dan 6 V — jumlahnya persis 12 V. Daya totalnya 12 × 0,2 = 2,4 W.

Ketiganya paralel

1 ÷ R = 0,1 + 0,05 + 0,0333 = 0,1833, jadi R = 5,45 Ω, lebih kecil daripada cabang terkecil sekalipun. Setiap cabang mendapat 12 V penuh, arusnya 1,2 A, 0,6 A, dan 0,4 A dengan total 2,2 A. Dayanya 26,4 W, sebelas kali susunan seri dari komponen yang sama persis.

Campuran: satu seri dengan dua yang diparalelkan

Kerjakan kelompok paralelnya dulu: (20 × 30) ÷ 50 = 12 Ω. Total 10 + 12 = 22 Ω, arus utama 12 ÷ 22 = 0,545 A. Tegangan pada hambatan 10 Ω adalah 5,45 V, sisanya 6,55 V jatuh pada kelompok paralel dan terbagi menjadi 0,33 A serta 0,22 A. Jumlah kedua arus cabang itu kembali ke 0,545 A — pemeriksaan cepat yang selalu bisa dipakai.

Menyusun ulang komponen yang sama persis mengubah daya dari 2,4 W menjadi 26,4 W. Di rangkaian elektronik itu selisih antara bekerja dan terbakar; di instalasi rumah itu selisih antara MCB diam dan MCB turun.

04Kenapa instalasi rumah selalu paralel

Setiap titik lampu dan stopkontak disambungkan langsung ke penghantar fasa dan netral yang sama, bukan disusulkan di belakang yang lain. Diagram satu garisnya ada di instalasi listrik rumah. Tiga alasannya bukan selera, dan ketiganya bisa dihitung.

1. Setiap alat butuh 220 V penuh. Pada susunan paralel semua cabang menerima tegangan sumber apa adanya, berapa pun jumlah cabangnya.
2. Alat harus saling bebas. Mencabut steker kipas tidak boleh memadamkan kulkas, dan saklar kamar tidak boleh mengganggu lampu teras.
3. Beban harus bisa ditambah tanpa mengubah yang sudah ada. Menambah cabang menambah arus total tanpa menyentuh tegangan cabang lain, sehingga batasnya adalah arus — dan yang menjaganya MCB, lihat cara memilih MCB.

Apa jadinya kalau dua alat dipasang seri

Ambil dua alat yang dayanya berjauhan: lampu LED 12 W dan AC 1 PK 780 W, keduanya untuk 220 V. Hambatan setaranya 220² ÷ 12 = 4.033 Ω dan 220² ÷ 780 = 62 Ω. Dipasang seri, totalnya 4.095 Ω dan arusnya 220 ÷ 4.095 = 0,054 A.

Bagi tegangannya dengan rumus pembagi tadi: lampu mendapat 220 × 4.033 ÷ 4.095 = 216,7 V, AC mendapat sisanya 3,3 V. Daya yang sampai ke AC hanya 3,3 × 0,054 = 0,18 W, tidak cukup bahkan untuk lampu indikatornya. Alat berhambatan besar mencekik seluruh jalur, yang berhambatan kecil tidak kebagian apa-apa.

05Di mana rangkaian seri justru yang benar

Untai lampu hias

Untai lampu hias murah menyusun puluhan lampu kecil secara seri supaya 220 V terbagi rata. Lima puluh titik berarti 220 ÷ 50 = 4,4 V per titik, sehingga tiap lampunya boleh dibuat kecil dan murah tanpa trafo. Harganya dibayar di baris keempat tabel tadi: satu filamen putus memutus arus seluruh untai. Untai LED masa kini umumnya memakai catu daya terpisah dengan cabang paralel, jadi satu titik mati tidak lagi memadamkan sisanya.

Deret modul surya

Modul surya dipasang seri untuk menaikkan tegangan sampai masuk jendela kerja MPPT inverter. Tegangan lebih tinggi berarti daya yang sama diangkut dengan arus lebih kecil, dan karena rugi kabel mengikuti kuadrat arus, kerugiannya turun tajam. Konsekuensinya sama seperti lampu hias: satu modul yang ternaungi menurunkan arus seluruh deret mengikuti modul terlemah — hanya saja yang hilang adalah panen energi, bukan nyala. Pemilihan jendela tegangan dibahas di inverter surya, sisi naungannya di cara kerja panel surya.

Alat ukur

Amperemeter harus disisipkan seri ke dalam jalur supaya seluruh arus melaluinya, dan hambatan dalamnya sengaja dibuat mendekati nol. Voltmeter dipasang paralel menyeberangi dua titik, dengan hambatan dalam sangat besar agar tidak menarik arus berarti. Menukar keduanya berakibat fatal: amperemeter yang ditempelkan paralel ke 220 V praktis adalah hubung singkat. Urutan yang benar ada di cara menggunakan multimeter, dan tang ampere memang diciptakan supaya jalur tidak perlu dibuka.

06Menyambung baterai: seri menambah volt, paralel menambah amper-jam

Empat baterai 12 V 100 Ah bisa disusun dua cara, dan energi tersimpannya sama persis: 4 × 12 × 100 = 4.800 Wh. Yang berubah adalah tegangan sistem, arus kerja, dan ukuran kabel yang harus Anda beli.

Baris terakhir adalah alasan sistem penyimpanan besar pindah ke 48 V: meski kabelnya sudah enam kali lebih gemuk, sistem 12 V tetap kehilangan persentase tegangan yang lebih besar, karena rugi itu diukur terhadap 12 V dan bukan 48 V. Nilai KHA mengikuti PUIL 2011; periksa juga batas arus BMS dan inverter, yang bisa lebih ketat daripada kabelnya. Penampangnya bisa diuji di kalkulator kabel dan MCB.

• Seri hanya untuk baterai berkapasitas sama. Arus yang sama mengalir di semua unit, jadi baterai dengan Ah terkecil habis lebih dulu lalu terus ditarik oleh yang lain sampai polaritasnya terbalik. Kerusakannya permanen dan tidak terlihat dari luar.
• Paralel hanya untuk baterai bertegangan dan berumur sepadan. Dua baterai paralel dengan tegangan berbeda saling mengisi lewat arus edar yang tidak dibatasi apa pun kecuali hambatan dalamnya sendiri, dan pada saat disambungkan arus itu bisa mencapai ratusan ampere.
• Jangan mencampur kimia atau umur dalam satu bank. Kurva pengisian timbal-asam dan litium berbeda, sehingga satu setelan tegangan potong pasti salah untuk salah satunya.
• Di atas sekitar 60 volt arus searah, sistem berhenti menjadi mainan. Deret modul surya dan bank baterai bertegangan tinggi mempertahankan busur api ketika kontak dibuka, karena arus searah tidak pernah melewati nol seperti arus bolak-balik. Saklar dan pemutus khusus DC bukan komponen AC yang dipakai ulang.

Pemilihan tegangan bank, kedalaman pengosongan, dan umur siklus dibahas terpisah di baterai penyimpanan listrik. Dasar hitungannya tetap dua rumus di halaman ini, ditambah hukum Ohm untuk mengubah watt menjadi ampere sebelum penampang kabel diputuskan.

—Pertanyaan yang sering masuk