YOU ARE DOWNLOADING DOCUMENT

Please tick the box to continue:

Transcript
Page 1: New Makalah Pengukuran Listrik

MAKALAH PENGUKURAN LISTRIK

“ ALAT ALAT UKUR LISTRIK “

Sub Bab I-4 sampai I-6

DISUSUN OLEH :

Nama : Herry Sulfian

Stambuk : D411 11 314

JURUSAN ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR

2014

Page 2: New Makalah Pengukuran Listrik

I.4 Alat pengukur Watt, Alat pengukur Faktor kerja, dan Alat pengukur frekuensi

I.4.1 Pengukuran Daya dan Faktor Kerja

Untuk arus searah (DC) yang memakai tahanan dalam R, rumus daya dapat dinyatakan sebagai:

P=VI=I 2R=V 2

R (1)

dimana V adalah tegangan beban dan I adalah arus beban [1].

Untuk arus bolak balik (AC), rumus daya yang dipakai dinyatakan sebagai:

p=vi (2)

dimanav adalah tegangan beban dan i adalah arus beban [1].

Untuk rumus tegangan sebagai fungsi sinus dapat dinyatakan sebagai:

v=V m sinωt (3)

Begitupun arus dengan tahanan dalam R dapat dinyatakan sebagai :

i=V m

Rsinωt=Im sinωt (4)Dengan subtitusi persamaan (3) dan (4) kemudian dimasukkan kedalam rumus daya maka diperoleh :

p=V m Im sin2ωt

atau

p=V m Im

2(1−cos2ωt ) (5)

dimana V m adalah tegangan maksimum dalam volt, Im adalah arus maksimum dalam ampere, ω adalah kecepatan sudut rad/s, dan t adalah waktu dalam sekon [1].Untuk beban tahanan yang memperhitungkan harga efektif, maka nilai rata-rata dari

daya p dalam satu periode dinyatakan sebagai :

P=V m Im

2=VI=I 2R=V 2

R(6)

Page 3: New Makalah Pengukuran Listrik

dimana V dan I adalah harga efektif dari masig masing v dan i [1].

Bila beban mempunyai elemen reaktif misalkan suatu beban dengan induktansi L, maka :

i=V m

ωLsin(ωt− π

2 )=Im sin(ωt−π2 ) (7)

Sehingga bila dimasukkan ke dalam rumus daya akan diperoleh sbb :

p=V m Im sin(ωt )sin(ωt−π2 )

p=V m Im

2sin 2ωt (8)

dimana V m adalah tegangan maksimum dalam volt, Im adalah arus maksimum dalam ampere, ω adalah kecepatan sudut rad/s, dan t adalah waktu dalam sekon [1].Untuk beban induktif, beban sebagai kombinasi dari tahanan dan reaktansi, yang

dinyatakan sebagai Z=R+ jx adalah

i=Im sinωt (9)

p=V m Im sinωt sin (ωt−φ ) (10)

Dengan tanφ= XR

, akan didapat:

p=VI cosω (1−cos2ωt )−VI sin φ sin2ωt (11)

dimana R adalah tahanan beban, x adalah reaktansi, dan φ adalah besar sudut [1].

Untuk beban umum, harga rata rata P adalah

P=VI cosφ (12)

dimana VI disebut dayasemu ,dancos φdisebut faktor kerja [1].

Kemudian dengan menggunakan cos φ= R

√R2+X2 akan dihasilkan,

P=I 2R=V 2

R (13)

Kesimpulannya untuk daya beban umum hanya dinyatakan hasil kali dari arus dan tegangan efektif, sedangkan amplitudo dari harga sesaat VI sinφ disebut daya reaktif dan tidak dipergunakan [1].

Page 4: New Makalah Pengukuran Listrik

I.4.2 Alat alat pengukur watt (Wattmeter)

Wattmeter merupakan alat pengukur daya listrik dalam satuan watt dari setiap beban yang diasumsi pada suatu sirkuit rangkaian. Wattmeter digunakan untuk mengukur daya listrik pada beban beban yang sedang beroperasi dalam suatu sistem kelistrikan dengan beberapa kondisi beban seperti beban DC, beban AC satu fasa, dan beban AC tiga fasa [5].

Dalam pengukuran daya dapat dilakukan salah satu dari tiga metode berikut :

1. Suatu alat ukur yang dipergunakan harus memiliki penunjukan yang berbanding lurus dengan suatu perkalian.

2. Dalam rangkaian perkalian dimasukkan cara penggunaan alat ukur secara khusus.3. Harga harga ukur yang dipergunakan diperoleh secara tidak langsung.

Untuk (1) menggunakan alat ukur type elektrodinamis atau type indiksi sedangkan untuk (2) menggunakan type thermocouple atau sebangsanya [1].

Wattmeter digunakan untuk mengukur daya listrik searah (DC) maupun bolak-balik (AC). Ada 3 tipe Wattmeter analog yaitu :

1. Elektrodinamometer

2. Induksi

3. Thermokopel.

Jika ditinjau dari fasanya ada 2 yaitu Wattmeter satu fasa dan wattmeter tiga fasa [2].

I.4.2.1 Alat pengukur Watt dari type elektrodinamometer

Wattmeter terdiri dari kumparan arus dan kumparan tegangan, dimana kumparan arus dipasang seri dengan beban sedangkan kumparan tegangan dipasang paralel dengan sumber tegangan. Sehingga besarnya medan magnet yang ditimbulkan sangat tergantung pada besarnya arus yang mengalir melalui kumparan arus tersebut [5]. Pada Ammeter dan Voltmeter, arus yang berlebihan akan menimbulkan panas dimana ini merupakan kondisi berbahaya karena jarum penunjuk tidak akan bergerak lagi karena melebihi batas skala. Sedaangkan pada wattmeter, kelebihan arus tidak akan mengakibatkan kerusakan dan melebihi batas skala alat ukur meskipun menimbulkan panas padaa alat ukurnya. Hal ini dikarenakan posisi jarum penunjuk tergantung pada faktor daya, tegangan dan arus. Sehingga rangkaian dengan faktor daya yang rendah akan memberikan pembacaan yang rendah pula pada wattmeter meskipun melebihi batas keselamatan. Oleh karena itu di samping untuk mengukur besar daya listrik dalam Watt, juga dalam volt dan ampere [5].

Page 5: New Makalah Pengukuran Listrik

Pada gambar (1) terlihat jelas bahwa alat ukur wattmeter terhubung dengan sumber daya, arus I 1 mengalir di kumparan tetap dan arus I 2 mengalir di kumparan putar dan dibuat agar berbanding lurus dengan arus beban i dan tegangan beban v. Momen yang menggerakkan alat putar (jarum penunjuk) dari alat ukur ini dirmuskan sebagai berikut:

Untuk arus searah (DC) maka:

i1 . i2=Kvi (14)

Untuk arus bolak balik (AC), maka:

i1i2=Kvi¿] (15)

dimana K adalah suatu konstanta, ω adalah kecepatan sudut rad/s, φ adalah besar sudut dan t adalah waktu dalam sekon [3].

Gbr (1). Rangkaian dari Wattmeter jenis Elektrodinamometer [5]

Berikut merupakan gambar konstruksi Wattmeter. Source (sumber) yang digunakan merupakan sumber arus bolak balik (AC) maupun arus searah (DC). Terdapat current coil (kumparan arus) merupakan kumparan tetap dan terbuat dari bahan feromagnetik, dan potensial coil (kumparan tegangan) merupakan kumparan putar. Adapula dipasangkan resistor sebagai pengaman dan beban RL. Terdapat 2 medan magnet yaitu pada bahan dan medan magnet yang diciptakan dari proses elektris (dialiri arus listrik) [3].

Page 6: New Makalah Pengukuran Listrik

Gbr (2). Konstruksi Wattmeter Elektrodinamometer [3]

Ciri ciri kumparan arus :

1. Paralel2. Resistansi diabaikan (kecil) [3].

Ciri ciri kumparan tegangan :

1. Seri2. Resistansi besar karena arus yang masuk di kumparan tegangan kecil [3].

I.4.2.2 Alat pengukur Watt dari type induksi

1. Prinsip Kerja Wattmeter type Induksi

Prinsip kerja wattmeter type induksi hampir sama dengan prinsip kerja amperemeter

dan voltmeter induksi. Sedangkan perbedaan dengan wattmeter jenis dinamometer adalah

wattmeter jenis dinamometer dapat dipakai baik dengan suplai listrik bolak balik atau searah

(AC atau DC) sedangkan wattmeter induksi hanya dapat dipakai dengan suplai listrik bolak

balik [6].

Kelebihan wattmeter induksi yaitu:

1. wattmeter induksi mempunyai skala lebar

2. bebas pengaruh medan liar

3. Mempunyai peredaman bagus

4. Bebas dari error akibat frekuensi.

Sedangkan kelemahannya adalah timbulnya galat (error) yang kadang-kadang serius yang

diakibatkan oleh pengaruh suhu [6].

2. Diagram vektor Wattmeter type Induksi

Gbr (3). Diagram vektor wattmeter jenis elektrodinamometer & jenis induksi [2].

φ

φ

α

α

Page 7: New Makalah Pengukuran Listrik

Nilai F1dalam gambar 3 ( Kiri ) diperoleh dari arus beban I dan F2 dari tegangan beban V. Besar sudut fasa F2 yaitu sebesar 90° terhadap V . Hubungan antara fasa-fasa diperlihatkan dalam gambar 3 ( kanan ) dan akan diperoleh persamaan sebagai berikut:

sinα=cos φ (16)

Untuk mendapatkan mempunyai sudut fasa yang terlambat 90° terhadap V, maka Apabila jumlah lilitan kumparan dinaikkan maka akan diperoleh sudut fasa F2 sebesar 90° terhadap V. Sehingga kumparan tersebut dapat dianggap induktansi murni. Sehingga diperolehlah rumus seperti berikut:

ωθ1θ2 sinα=KVI cosφ (17)

Alat pengukur watt type induksi sering dipergunakan untuk alat ukur dengan sudut berskala yang lebar dan begitu banyak ditemukan dalam panel-panel listrik [1].

I.4.2.3 Alat pengukur Watt dari type termokopel

Prinsip kerja Wattmeter thermocouple ini berdasarkan pada adanya gaya listrik panas. Wattmeter jenis ini digunakan untuk mengukur daya yang kecil yaitu pada frekuensi audio. Alat pengukur watt tipe thermokopel merupakan contoh dari suatu alat pengukur yang dilengkapi dengan sirkuit perkalian yang khusus. Konfigurasi alat ukur ini diperlihatkan dalam gambar dibawah. Bila arus-arus berbanding lurus terhadap tegangannya, dan arus beban dinyatakan sebagai maka akan didapatkan [1]:

i1=k1 v dan i2=k2 (18)

(i1+ i2)2−(i1−i2 )2=4 i1i2=4 k1 k2 vi (19)

Gbr (4). Prinsip wattmeter jenis thermocouple [1].

Page 8: New Makalah Pengukuran Listrik

Harga rata – rata dari persamaan diatas sebanding dengan daya beban. Dalam gambar tersebut, i1= k 1v adalah arus sekunder dari transformator T1 , dan 2 i2=2k2 iadalah arus sekunder dari transformator T2 . Bergeraknya suatu gaya listrik secara termis yang berbanding lurus kuadrat dari arus-arus, diakibatkan apabila sepasang tabung thermokopel dipanaskan dengan arus-arus (i1+ i2) dan (i1−i2). Bila kedua thermokopel tersebut dihubungkan secara seri sehingga polaritasnya terbalik, maka pada ujung ujung dapat diukur perbedaan tegangan melalui suatu alat pengukur milivolt. Dengan demikian maka penunjukan dari alat ukur milivolt akan berbanding dengan daya yang akan diukur. Alat pengukur watt jenis thermokopel ini dipakai untuk pengukuran daya-daya kecil pada frekuensi audio [1].

I.4.3 Pengukuran Daya

I.4.3.1 Pengukuran daya dengan voltmeter dan amperemeter

Gbr (5). Pengukuran daya dengan memakai Voltmeter [1].

Gbr (6). Pengukuran daya dengan memakai Ammeter [1].

Berdasarkan rangkaian diatas dapat diperoleh rumus sebagai :

V v=IR+ I Ra , I a=I (20)

Sehingga daya yang diukur untuk pengukuran Voltmeter adalah :

W=I2 R=V v I a−I a2 Ra (21)

Sedangkan untuk pengukuran Ammeter adalah :

VV

A

R

V a , Ra

I a ,Ra

I

VV

R

V a , Ra

I

I a ,Ra

A

Page 9: New Makalah Pengukuran Listrik

W=VI=V v I a−V v

2

Rv

(22)

dimana V v adalah tegangan pada voltmeter, R v adalah resistansi pada voltmeter, I a adalah arus pada Ammeter, dan Ra adalah resistansi pada Ammeter [1].

I.4.3.2 Metode tiga alat pengukur Volt dan tiga alat pengukur Amper

1. Metode 3 Voltmeter

Gbr (7). Diagram metode pengukuran 3 voltmeter [2].

• Daya beban : P = V1 . I . Cos φ

• V1 mengukur tegangan pada beban Z dimana V 1=I .Z=I .V ¯ ¿)

• V2 mengukur tegangan pada tahanan murni R dimana V 2 sepasa I , oleh karenanya V 2 = I R

• V3 mengukur tegangan droop pd kombinasi beban Z dan tahanan murni R.

• Perhatikan Δ OAB : V 32=(V 2+V 1cosφ)2+(Vi sin φ)2

• Penyelesaian persamaan tersebut menghasilkan :

P=(V 32– V 22– V 12)/2.R (23) [3].

2. Metode 3 Amperemeter

Page 10: New Makalah Pengukuran Listrik

Gbr (8). Diagram metode pengukuran 3 Amperemeter [2].

• Daya beban : P=V 1 . I .cosφ

• I 1 mengukur arus pada beban Zdimana I 1=VR

=V /V ¯ (RL2+X 2)

• I 2 mengukur arus yang lewat pada tahanan murni R dimana I 2 sepasa V ,oleh karena

itu I 2=VR

• I3 mengukur arus pada kombinasi beban Z dan tahanan murni R.

• Perhatikan Δ OAB : I 32=(I 2+ I1 cos φ)2+(I 1 sin φ)2

• Penyelasaian persamaan tersebut menghasilkan :

P=R (I3

2 – I 22– I1

2)/2 (24) [3].

I.4.3.3 Pengukuran daya tiga fasa

Pengukuran daya tiga fasa dilakukan dengan menghubungkan dua wattmeter, seperti yang ditunjukkan gambar (9). Nilai daya diindikasikan dengan penjumlahan aljabar dari nilai indikasi pada dua wattmeter. Ketika faktor daya dari rangkaian yang diukur lebih besar dari 50%, kedua meter akan mempunyai nilai positif [2].

Page 11: New Makalah Pengukuran Listrik

Gbr (9). Pengukuran daya tiga fasa (metode dua wattmeter) [2].

Total daya beban dihitung dengan penjumlahan dari dua nilai ini.Tetapi, jika faktor daya dari rangkaian lebih rendah dari 50%, satu atau dua wattmeter akan memberi indikasi negatif (penunjuk akan bergerak ke kiri). Jika ini terjadi, hubungan tegangan dari meter dengan defleksi negatif segera dibalik maka akan menunjukkan nilai positif. Kurangkan nilai ini dari nilai terindikasi pada meter yang lain, untuk menghasilkan daya beban total [2].

I.4.3.4 Pengukuran Daya Reaktif

Daya reaktip dapat dihitung dari VI sinφbila tegangan V dan arus Idan perbedaan fasa φ diketahui dengan cara lain. Daya reaktip dapat pula diperoleh dengan persamaan:

Q=√(VI )2−W (25)

Kemudian daya reaktip dapat pula diukur dengan memberikan perbedaan fasa sebanyak 90°, dari arus yang mengalir melalui kumparan tegangan dari alat pengukur volt terhadap tegangan jaringan-jaringan. Untuk suatu beban setimbang tiga fasa diperoleh jumlah daya reaktif sebesar

3VI sinφ (26)

dimana Q adalah daya reaktip, W adalah daya, dan sin φ adalah besar sudut/fasa [1].

I.4.4 Pengukuran-pengukuran Fasa Dan Faktor Kerja

Page 12: New Makalah Pengukuran Listrik

Dalam pengukuran sudut fasa atau faktor kerja, diperlukan pengukuran pengukuran arus dan daya atau pemakaian dari metoda pengukuran dengan tiga alat ukur amper. Untuk pengukuran langsung dipergunakan alat ukur rasio seperti elektrodinamis untuk mengukur sudut fasa atau faktor kerja [1].

I.4.5 Pengukuran-pengukuran Frekuensi

1. Alatukurfrekuensijenisbatangataulidahbergetar(tuned-reedfrequencymeter)

Alat ukur ini bekerja berdasarkan prinsip resonansi mekanis. Sederetan batang-batang dipasang bersama-sama pada sebuah alas fleksibel yang terpasang pada jangkar arus bolak-balik yang frekuensinya akan ditentukan. Batang disetel ke suatu frekuensi dasar yang tepat berdasarkan pemilihan panjang dan massa yang sesuai. Batang yang frekuensi dasarnya sama dengan frekuensi pada mana elektromagnet diberi energi akan membentuk suatu getaran. Getaran batang ini dapat dilihat pada panel alat ukur di mana ujung getaran tang ditunjukkan melalui sebuah jendela. Jika frekuensi yang diukur berada di antara frekuensi dua batang yang berdekatan, kedua batang akan bergetar dan frekuensi jala-jala akan paling dekat ke batang yang bergetar paling tinggi. Interpolasi antara frekuensi-frekuensi dasar dari batang-batang ini dapat dilakukan dengan mudah dan teliti sebab frekuensi-frekuensi batang adalah tepat. Instrumen ini mempunyai keuntungan karena konstruksi yang sangat sederhana dan sangat kokoh. Dia mempertahankan kalibrasinya dengan baik dengan syarat bahwa getaran batang-batang dipertahankan dalam batas-batas yang wajar. Walaupun operasinya tidak bergantung pada nilai tegangan yang tepat, pengubahan batas ukur tegangan biasanya dilakukan dengan penambahan tahanan [4].

2. Alatukurfrekuensidaritypealatukurrasio

Alat ukur rasio biasa dibuat dari alat pengukur frekuensi dengan skala penunjuk. Arus arus yang mengalir pada kumparan kumparan putar M 1dan M 2 adalah I 1 dan I 2. Arus arus tersebut mempunyai resonansi masing masing 42 Hz dan 58 Hz. Rasio dari I 1 dan I 2 akan berubah secara monoton dengan frekuensi frekuensi yang berubah diatas atau dibawah 50 Hz. Oleh sebab itu, alat penunjuk akan bergeser sesuai dengan rasio tersebut, dan pada skala penunjukan dapat diketahui frekuensi yang akan diukur, bila alat ukur tersebut dikalibrasikan terhadap frekuensi [1].

3. Alatukurfrekuensidaritypekondensator

Daerah pengukuran dari type lidah getar dan alat ukur rasio adalah terbatas. Agar supaya daerah pengukurannya jadi lebih lebar, maka sumber daya dipergunakan untuk menggerakkan suatu relai. Terbuka atau tertutupnya kontak kontak relai pada

Page 13: New Makalah Pengukuran Listrik

frekuensi f , maka muatan CV mengalir melalui alat pengukur Amper pada setiap periode dan arus yang mengalir dirumuskan sebagai:

I=fCV (27)

Hubungan linear antara I dan f mengakibatkan alat pengukur amperdapat dikalibrasikan dengan frekuensi [1].

I.5 Alat Alat Ukur yang Mengintegrasikan Kebesaran Kebesaran Listrik

I.5.1 Alat Pengukur Energi Arus Bolak Balik

I.5.1.1 Prinsip Prinsip Kerja

Untuk penggunaan-penggunaan yang paling umum dari alat pengukur energi pada arus bolak balik, maka alat ukur dari type induksi mendapatkan pemakaian yang paling luas. Alat ukur dari type ini mempunyai peralatan gerak yang prinsip kerjanya adalah sama dengan alat ukur dari type induksi, maka Cp adalah inti besi dari kumparan-kumparan tegangan, Wp adalah kumparan-kumparan tegangan, Cc adalah inti kumparan- kumparan arus dan Wc adalah kumparan-kumparan arus. Arus beban I mengalir melalui Wc dan menyebabkan terjadinya fluksi magnetic Φ1. Wp mempunyai sejumlah lilitan yang besar dan cukup besar untuk dianggap sebagai reaktansi murni, sehingga arus Ip yang mengalir melalui Wb akan tertinggal dalam fasanya terhadap tegangan beban dengan sudut sebesar 90°, dan menyebabkan terjadinya fluksi magnetic sebesar Φ2 [1].

Demikian maka terhadap kepingan aluminium D, momen gerak TD yang berbanding lurus terhadap daya yang diperlihatkan dalam persamaan ωΦ1Φ2sin α=cos φ

akan diperkenakan. Misalnya bahwa oleh pengaruh momen gerak ini, kepingan aluminium ini akan berputar dengan kecepatan n .Sambil berputar ini, D akan memotong baris- garis fluksi mahnetis Φm dari magnet yang permanen dan akan menyebabkan terjadinya arus-arus putar yang berbanding lurus terhadap nΦm didalam kepingan aluminium tersebut. Arus-arus putar ini akan pula memotong garis-garis fluksi Φm sehingga kepingan D akan mengalami suatu momen redaman Td yang berbanding lurus terhadap n(Φm)2[1].

Page 14: New Makalah Pengukuran Listrik

Gbr (10). a) Prinsip suatu meter penunjuk energi listrik arus B-B (Jenis induksi), b) Arus arus Eddy pada suatu piring [1].

I.5.1.2 Kesalahan Kesalahan dan Cara Kompensasinya

a) Penyesuaian fasa

Agar suatu momen berbanding lurus terhadap daya beban, diperlukan sudut fasa sebesar 90° namun dalam prakteknya lebih kecil dari sudut 90°, yang disebabkan adanya tahanan tahanan dan kerugian kerugian besi pada inti dari kumparan kumparan tegangan. Untuk mengkompensasikan ini, ditempatkanlah suatu penyesuai fasa pada kumparan itu dengan cara dililitkan dan menghubungkannya pada suatu tahanan [1].

b) Penyesuaian pada beban beban berat

Dalam suatu sistim ketenagaan dimana alat pengukur energi dipergunakan, tegangan pada beban serta fasanya hampir tetap, padahal arus arus beban akan bervariasi sangat lebar dan otomatis akan menyebabkan variasi fasanya, sehingga pada beban beban berat kesalahan negatip yang disebabkan oleh kecenderungan tadi akan terjadi. Untuk mengurangi kesalahan ini, diatur sedemikianrupa fasa fasa dari kumparan serta diletakkannya “shunt magnetis” dalam inti kumparan arus sehingga jika beban beban I adalah kecil maka fasanya juga kecil, maka terjadilah fluksi magnetis yang disebabkan oleh arus dan mengatur besarnya fasa agar mencegah aliran fluksi fluksi melalui shunt magnetis. Dalam hal ini, fluksi fluksi arus akan memotong kepingan dan momen gerak yang dihasilkan akan bertambah sehingga suatu konpensasi untuk kesalah negatip pada beban berat akan terjadi [1].

a b

Page 15: New Makalah Pengukuran Listrik

c) Penyesuaian beban beban ringan

Gerakan mekanis pada momen momen yang terjadi akibat putaran kepingan D menyebabkan kesalahan kesalahan negatif, dimana kesalahan ini akan lebih penting di arus beban kecil pada beban ringan. Untuk mengkompensasikan kesalahan ini, penyesuai pada beban ringan ditempatkan diantara kumparan tegangan dan kepingan dalam posisi yang agak miring pada arah perputaran. Sehingga mengakibatkan kutub kutub magnet dari inti kumparan tegangan telah bergeser dan menghasilkan suatu momen didalam arah perputaran kepingan. Pengaruh dari momen momen gesekan dapat ditiadakan dengan mengatur posisi dari cincin pendek [1].

d) Mengelakan putaran pada beban kosong

Suatu kepingan akan berputar jika suatu penyesuai beban ringan ditempatkan meskipun tanpa beban, yaitu jika hanya kumparan kumparan tegangan yang mendapatkan energi. Cara untuk menghindarinya dengan membuat lubang kecil pada kepingan aluminium D. Bila lubang tersebut sudah sampai pada inti maka jalan dari arus arus putar yang terjadi di kepingan akan mengalami gangguan dan menyebabkan momen pada beban ringan berkurang dan menyebabkan kepingan akan berhenti pada posisi yang diinginkan [1].

I.5.1.3 Register

Register adalah suatu alat yang mengintegrasikan dam memperlihatkan jumlah perputaran dari kepingan [1].

I.5.1.4 Pengujian dan kalibrasi

Batas batas kesalahan dari alat pengukur energi tergantung dari pada penggunaannya dan diklasifikasikan secara halus, didalam standaar standar IEC. Tes kesalahan penunjukan merupakan salah satu pengujian yang terpenting [1].

I.5.2 Alat ukur Integrasi untuk Arus Searah

I.5.2.1 Alat ukur integrasi Amper dari type generator

Page 16: New Makalah Pengukuran Listrik

Gbr (11). Prinsip suatu integrating ammeter jenis generator [1].

Arus yang diukur dialirkan melalui tahanan shunt S, dan untuk menggerakan suatu motor M, perbedaan tegangan antara shunt dan gaya motor listrik dari suatu generator G harus dibesarkan. Bila M telah memutar G dan faktor penguat yang cukup besar maka input terhadap penguat adalah sangat kecil, dan dapat dianggap sebagai nol. Gaya motor listrik dari generator berbanding lurus dengan kecepatan perputaran, maka mengintegrasikan perputaran akan memberikan harga integrasi dari arus [1].

I.5.2.2 Alat pengukur listrik arus searah dari type motor mercuri

Untuk pengukuran jenis ini, daya yang akan diukur harus dibuat agar berbanding lurus dengan kecepatan putar dari motor arus searah. Pada suatu kepingan tembaga yang berputar berinteraksi dari arus dan fluks magnetik untuk membangkitkan suatu momen gerak yang berbanding lurus dengan daya VI . Kecepatan putar kepingan tembaga akan berbanding lurus dengan daya bila dipasangkan suatu momen peredam pada sumbu putarnya [1].

I.6 Transformator untuk Alat Alat Pengukuran

Transformator merupakan suatu alat listrik yang mengubah tegangan arus bolak-balik melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip-prinsip induksi-elektromagnetik. Untuk pengukuran tegangan dan arus yang besar diperlukan trafo pengukuran. Tujuannya untuk menyesuaikan besaran pengukuran dengan kemampuan alat ukur, disamping untuk keamanan manusia. Pemakaian trafo pengukuran tidak hanya untuk voltmeter, ampermeter, kWhmeter saja, tetapi untuk mengoperasikan berbagai peralatan kontrol relai tegangan, relai arus, relai bimetal, dan sebagainya [4].

Transformator untuk alat alat pengukuran dapat berupa transformator untuk tegangan. Transformator untuk arus dikenal sebagai Transformator Arus (TA), dan transformator untuk tegangan dikenal sebagai Transformator Potensial (TP) [1].

Keuntungan menggunakan trafo pengukuran adalah

• Alat ukur yang dipakai mempunyai range yang standar dan memadai

Page 17: New Makalah Pengukuran Listrik

• Alat ukur terpisah dari jaringan utama khususnya jaringan tegangan tinggi sehingga amam untuk alat ukur dan operator

• Daya yang diserap oleh rangkaian pengukuran lebih kecil dibanding dengan penggunaan multiplier atau shunt

• Beberapa peralatan ukur dapat dioperasikan bersama dengan menggunakan sebuah trafo ukur [4].

I.6.1 Prinsip Kerja Transformator

Berdasarkan hukum Ampere dan hukum Faraday, yaitu: arus listrik dapat menimbulkan medan Magnet dan sebaliknya medan magnet dapat menimbulkan arus listrik. Jika pada salah satu kumparan pada transformator diberi arus bolak-balik maka jumlah garis gaya magnet akan berubah- ubah, akibatnya pada sisi primer terjadi induksi. Sisi sekunder menerima garis gaya magnet dari sisi primer yang jumlahnya berubah-ubah pula. Maka di sisi sekunder juga timbul induksi, akibatnya antara dua ujung terdapat beda tegangan [4].

Gbr (12). Rangkaian transformator ideal [4].

Transformator memiliki konstruksi sebuah inti dari tumpukan pelat tipis bahan ferro magnetis yang satu sisi dipasang belitan primer N1, dan satu sisi lainnya dipasangkan belitan sekunder N2 ,belitan primer N1 dihubungkan ke sumber listrik AC dengan tegangan primer U 1 dan arus primerI 1. Pada inti trafo timbul garis gaya magnet yang diinduksikan ke belitan sekunder N2 dan menimbulkan tegangan sekunder U 2 dan arus sekunderI 2. pada trafo ideal berlaku daya primer sama dengan daya sekunder. Energi listrik sekunder disalurkan ke beban listrik. Besarnya tegangan induksi berlaku pada persamaan berikut :

U 0=4,44 B . A fe . f . N (28)

Page 18: New Makalah Pengukuran Listrik

dimana U 0 adalah tegangan induksi, B adalah fluks magnet, A adalah luas inti, f adalah frekuensi, dan N adalah jumlah lilitan [4].

I.6.2 Trafo Pengukuran Tegangan

Panel distribusi dengan tegangan menengah 20 KV atau panel tegangan tinggi 150 KV menggunakan trafo pengukuran tegangan (Potential Transformer = PT), untuk menurunkan tegangan 150 KV atau 20 KV menjadi 100 V. Untuk arus beban yang lebih besar 50 A dipakai trafo arus (Current Transformer = CT) Gambar di bawah untuk menurunkan arus menjadi 1 A atau 5 A [4].

Gbr (13) konstruksi trafo tegangan [4].

Untuk pengukuran tegangan 20 KV sistem tiga phasa, digunakan trafo tegangan PT dengan ratio 20KV/100 V Gambar 4.29. Bagian primer trafo tegangan terminal 1.1 dan 1.2 dipasang pengaman dua sekering yang terhubung dengan jalajala L1 dan L2. Bagian sekunder trafo tegangan, terminal 2.1 dan 2.2 dihubungkan dengan Voltmeter dengan batas ukur 100 V. Terminal 2.1 dipasangkan sebuah sekering pengaman, terminal 2.2 dihubungkan dengan bumi sebagai pengaman bahaya tegangan sentuh jika terjadi gangguan pada trafo tegangan [4]. Data teknis trafo pengukuran tegangan tertera dalam name plate yang menjelaskan spesifikasi teknis mencakup:

• Tegangan primer 10.000 V • Tegangan sekunder 100 V • Tegangan kerja 12, 28, 35, 75 KV • Daya trafo 100 – 150 VA • Presisi pengukuran 0,2 – 0,5% • Frekuensi 50 Hz

I.6.3 Trafo Pengukuran Arus

Untuk pengukuran arus beban yang besar digunakan trafo pengukuran arus (Current Transformer = CT). Trafo CT dipasang pada jala-jala dengan terminal K menghadap sisi suplai daya, dan terminal L menghadap sisi beban. Terminal K harus

1. sambungan belitan input 2. belitan input3. peredam panas 4. inti besi 5. belitan output 6. name plate 7. terminal belitan input 8. sekrup ground

Page 19: New Makalah Pengukuran Listrik

dihubungkan dengan bumi untuk mengamankan dari tegangan sentuh yang berbahaya jika ada gangguan kerusakan CT. Ampermeter yang digunakan memiliki batas ukur 1 A atau 5 A dengan skala pengukuran sesuai kebutuhan. Yang perlu diperhatikan ratio arus primer dan arus sekunder trafo CT (CT ratio 300 A/5 A). Jika terjadi kerusakan pada alat ukur atau alat kontrol yang dihubungkan dengan trafo pengukuran arus CT, maka sisi sekunder trafo arus harus dihubung singkatkan. Jika tidak akan berbahaya karena akan menimbulkan tegangan induksi yang sangat tinggi dan berbahaya. Spesifikasi teknis trafo CT dapat dibaca pada nameplate yang menempel di bagian badan trafo CT [4].

Informasi yang terkandung mencakup data- data sebagai berikut :

• Tegangan nominal: 0,5/3/6 kV

• Ratio arus: 300 A/5 A

• Arus thermal: 6 kA

• Daya trafo: 30–60 VA

• Presisi pengukuran: 0,5–1,0 %

• Frekuensi: 50 H

Trafo arus dalam bentuk portabel untuk kebutuhan pemeriksaan atau pemeliharaan dipakai jenis tang amper dengan sistem digital. Cara penggunaannya sangat praktis, tekan tang amper masukkan ke salah satu kabel phasa yang akan diukur, periksa batas ukurnya dan penunjukan amper terbaca secara digital. Tang amper juga dapat mengukur daya listrik KW- meter denganmenghubungkan kabel clip-on tegangan ke phasa R, S, T dan N. Tang amper sangat bermanfaat untuk mengukur arus beban tiap tiap phasa untuk mengetahui keseimbangan arus. Arus beban yang tidak seimbang berpotensi merusak alat listrik. Dengan metode tertentu tang amper bisa digunakan untuk melacak jika terjadi pencurian listrik yang disengaja [4].

Page 20: New Makalah Pengukuran Listrik

Perbedaan utama trafo arus dengan trafo daya adalah:

jumlah belitan primer sangat sedikit, tidak lebih dari 5 belitan. Arus primer tidak mempengaruhi beban yang terhubung pada kumparan sekundernya, karena arus primer ditentukan oleh arus pada jaringan yang diukur. semua beban pada kumparan sekunder dihubungkan serie. terminal sekunder trafo tidak boleh terbuka, oleh karena itu terminal kumparan sekunder harus dihubungkan dengan beban atau dihubung singkat jika bebannya belum dihubungkan [4].

I.6.5 Hubungan dari Transformator Pengukuran

I.6.5.1 Sirkuit Penggunaan Daya

Untuk penggunaan dari transformator-transformator pengukuran dalam sirkuit pengukuran daya ditempatkan TA dan TP di depan sirkuit arus dan sirkuit tegangan dari pengukur watt. Untuk pengukuran jaringan satu fasa maka pembacaan pengukur watt W dinyatakan sebagai berikut:

W=VI cosφK cK p

(29)

Atau

VI cos φ=K cK pW (30)

Konstanta-konstanta K c dari TA adalah rasio transformasi arus dan K p adalah rasio transformasi dari TP, sedangkan Iadalah arus beban, V adalah tegangan beban dan cos φ adalah faktor kerja dari beban [1].

CONTOH SOAL

1. Bila pada suatu alat pengukur voltmeter memiliki tahanan dalam 10 Kohm. Sedangkan voltmeter menunjukkan 100 V dan amperemeter menunjukkan 5 A. Berapakah daya pada beban ?

Rumus : P=VI=V v I a−V v

2

Rv

Page 21: New Makalah Pengukuran Listrik

Peny:

P=100×5−(1002

104 )=499W

Jadi besar dayanya adalah 499 W.

Versiku :Pada suatu alat ukur voltmeter telah diketahui daya padaa beban sebesar 499 W. Alat ukur ini memiliki tahanan dalam sebesar 10 Kohm. Berapakah arus yang ditunjukkan apabila pada voltmeter tersebut menunjukkan tegangan 100 V?

Rumus:P=VI=V v I a−V v

2

Rv

Peny:

P=V v I a−V v

2

Rv

499=100×I a−1002

104

499=100 I a−1

100 I a=500

I a=500100

I a=5 A

Jadi besar arus yang mengalir adalah 5 A.

2. Diketahui pada suatu rangkaian memiliki sumber tegangan sebesar 10 V dan arusnya sebesar 2 A. Berapakah besar daya yang dirasakan di beban bila diketahui besar ω adalah 3 terhadap waktu (s) ?

Rumus : P=V m Im

2sin 2ωt

Peny:

P=V m Im

2sin 2ωt

Page 22: New Makalah Pengukuran Listrik

P=102

sin2.3 . t

P=5 sin 6 tW

Pada saat t = 0, maka P=5 sin 0=¿0

Untuk t = 1, maka P=5 sin 6=0.52W

Untuk t = 2, maka P=5 sin 12=1.04W

3. Sebutkan dan jelaskan hukum hukum listrik apa saja yang berlaku pada Alat pengukur watt type elektrodinamometer?

Jawab :

a. Hukum oersted : bila kawat penghantar dialiri arus listrik maka akan terdapat medan magnet.

b. Hukum maxwell : nila arus listrik yang mengalir dalam kawat menjauhi pengamat ditandai dengan (׿, maka arah medannya searah jarum jam, sebaliknya bila arus listrik yang mengalir dalam kawat mendekati pengamat (∙), maka arah medannya berlawanan jarum jam.

4. Sebuah trafo arus primer dan sekundernya masing-masing 0,8 A dan 0,5 A. Jika jumlah lilitan primer dan sekunder masing-masing 1000 dan 800, berapakah efisiensi trafo?

Rumus: η = (Is x Ns/ Ip x Np) x 100%

Peny:

η = (0,5 A x 800/ 0,8 A  x 1000) x 100%

η = (400/ 800) x 100%

η = 0,5 x 100%

η = 50%

Jadi, efisiensi trafo sebesar 50%.

Versiku:

Diketahui besar efisiensi suatu trafo sebesar 50 %. Hitunglah berapa besar arus primer jika arus sekunder sebesar 0.5 A dan jumlah lilitan primer dan sekunder masing-masing 1000 dan 800?

Page 23: New Makalah Pengukuran Listrik

Rumus: η = (Is x Ns/ Ip x Np)

Peny:

η = (Is x Ns/ Ip x Np)

50% = (I s × 800 / I p × 1000)

50% = 800×0.51000 I p

50100

= 4

10 I p

500 I p=400

I p=4050

I p=0.8 A

Jadi besar arus primernya adalah 0.8 A.

5. Efisiensi sebuah trafo 60%. Jika energi listrik yang dikeluarkan 300 J, berapakah energi listrik yang masuk trafo?

Rumus: η = (Ws/Wp) x 100%

Peny:

η = (Ws/Wp) x 100%

60% = (300 J/Wp) x 100%

60% = (300 J/Wp) x 100%

6 = 3000 J/Wp

Wp = 3000 J/6

Wp = 3000 J/6

Wp = 500 J

Jadi, energi yang masuk trafo sebesar 500 J.

Versiku:

Page 24: New Makalah Pengukuran Listrik

Diketahui besar energi listrik yang masuk pada suatu trafo sebesar 500 J. Berapakah

persentase nilai efisiensi jika energi listrik yang dikeluarkan sebesar 300 J?

Rumus: η = (Ws/Wp) x 100%

Peny:

η = (Ws/Wp) x 100%

η = (300/500) x 100%

η = 35×100 %

η = 60 %

Jadi besar efisiensi trafo adalah 60 %.

Page 25: New Makalah Pengukuran Listrik

[1] Soedjana, Sapiie. 1994. Pengukuran dan alat-alatukurlistrikcet:5.Jakarta: Pradnya Paramita.

[2] Wulanyanti, Sri. 2008. Alatukurdanteknikpengukuranjilid2. Jakarta: Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan.

[3] Cooper, William D. InstrumentasiElektronikdanTeknik Pengukuran. (Terjemahan Sahat Pakpahan). Jakarta : Penerbit Erlangga.(Buku asli diterbitkan tahun 1978)

[4] A,S, Pabla. 1994. SistemDistribusiDayaListrik. Jakarta: Penerbit Erlangga.

[5] Purnama, Agus. 2012. Elektronika Dasar [online]. Tersedia: http://elektronika-dasar.web.id/instrument/konstruksi-dan-tipe-wattmeter/. Diakses pada tanggal 23 September 2014.

[6] Purnama, Agus. 2012. Elektronika Dasar [online]. Tersedia: http://elektronika-dasar.web.id/instrument/prinsip-kerja-wattmeter-elektrodinamometer/. Diakses pada tanggal 23 September 2014.

Referensi

Page 26: New Makalah Pengukuran Listrik
Page 27: New Makalah Pengukuran Listrik

Related Documents