BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Umum
kWh meter kilo Watthours meter adalah suatu alat ukur yang dapat mengukur daya aktif listrik. Besar tagihan listrik biasanya berdasarkan pada
angka-angka yang tertera pada kWh meter setiap bulannya. kWh meter ada tiga tipe, yaitu kWh meter tipe dinamometer elektrodinamis, kWh meter tipe induksi
dan kWh meter tipe thermocouple. kWh meter tipe induksi merupakan tipe yang paling banyak digunakan oleh konsumen listrik. kWh meter induksi bekerja
berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik.
2.2 Prinsip Kerja kWh Meter Satu Fasa
Sistem kWh meter adalah alat penghitung pemakaian energi listrik. Alat ini bekerja menggunakan metode induksi medan magnet dimana medan magnet
tersebut menggerakkan cakram yang terbuat dari alumunium. Pada cakram alumunium itu terdapat poros yang mana poros tersebut akan menggerakkan
counter digit sebagai tampilan jumlah kWh nya. kWh meter memiliki dua kumparan yaitu kumparan tegangan dengan koil yang diameternya tipis dengan
kumparan lebih banyak dari pada kumparan arus dan kumparan arus dengan koilyang diameternya tebal dengan kumparan lebih sedikit. Pada kWh meter juga
terdapat magnet permanen yang tugasnya menetralkan piringan alumunium dari induksi medan magnet, medan magnet memutar piringan alumunium. Arus listrik
yang melalui kumparan arus mengalir sesuai dengan perubahan arus terhadap waktu. Hal ini menimbulkan adanya medan di permukaan kawat tembaga pada
Universitas Sumatera Utara
koil kumparan arus. Kumparan tegangan membantu mengarahkan medan magnet agar menerpa permukaan alumunium sehingga terjadi suatu gesekan antara
piringan alumunium dengan medan magnet disekelilingnya. Dengan demikian maka piringan tersebut mulai berputar dan kecepatan putarnya dipengaruhi oleh
besar kecilnya arus listrik yang melalui kumparan arus. Koneksi kWh meter dimana ada empat buah terminal yang terdiri dari dua buah terminal masukan dari
jala – jala listrik PLN dan dua terminal lainnya merupakan terminal keluaran yang akan menyuplai tenaga listrik ke rumah. Dua terminal masukan di hubungkan ke
kumparan tegangan secara paralel dan antara terminal masukan dan keluaran di hubungkan ke kumparan arus secara seri, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1
berikut.
Gambar 2.1 Prinsip suatu meter penunjuk energi listrik arus bolak-balik jenis induksi
Universitas Sumatera Utara
Keterangan : Cp = Inti besi kumparan tegangan
Cc = Inti besi kumparan arus Wp = Kumparan tegangan
Wc = Kumparan arus D = Kepingan roda Aluminium
J = Roda-roda pencatat register M = Magnet permanen sebagai pengerem keping aluminium, saat beban kosong
S = Kumparan penyesuai beda fase arus dan tegangan Dan Gambar 2.2 menunjukkan p
erbedaan fase antara Ф
1
dan Ф
2
Gambar 2.2 Arus -arus eddy pada suatu piring Pada saat arus beban mengalir pada kumparan arus yaitu I
1
, arus akan menimbulkan flux magnit Ф
1
, sedangkan pada kumparan tegangan terjadi
Universitas Sumatera Utara
perbedaan fase antara arus dan tegangan sebesar 90 , seperti ditunjukkan pada
Gambar 2.2, hal ini karena kumparan tegangan bersifat induktor. Arus yang melalui kumparan tegangan yaitu I
2
akan menimbulkan flux magnit Ф
2
yang berbeda fase 90
dengan Ф
1
. Perbedaan fase antara Ф
1
dan Ф
2
akan menyebabkan momen gerak pada keping aluminium D sehingga berputar. Putaran keping
Aluminium piringan akan di transfer pada roda-roda pencatat. Fluksi-fluksi ini akan memotong piring aluminium, sehingga didalam piring terinduksi tegangan
induksi, yaitu:
�
1
=
��
1
��
…………………………………………………………2.1
Dan
�
2
=
��
2
��
…………………………………………………………2.2
Karena arus I
1
dan I
2
pada gambar 2.2 berbentuk sinus, fluksi yang dibangkitkan akan berbentuk sinus juga, yaitu:
Φ
1
= Φ
1m
sinωt ………………………………………………………2.3 Φ
2
= Φ
2m
sinωt-α ……………………………...……………………2.4
Jika disubstitusi persamaan 2.3 dan 2.4 ke persamaan 2.1dan 2.2, maka akan diperoleh:
�
1
= �
�� �
1 �
sin ��
= ��
1 �
cos �� …………..……..………2.5
Universitas Sumatera Utara
�
2
= �
�� �
2 �
sin �� − �
= ��
2 �
cos �� − � ………..…………2.6
Tegangan induksi ini akan mengalirkan arus induksi dalam piring, yaitu:
�
1
=
�
1
�
=
��
1 �
cos ��
�
…………………………………………2.7
�
2
=
�
2
�
=
��
2 �
cos �� −�
�
………………………….…………2.8
Diagram phasor tegangan dan arus ditunjukkan pada Gambar 2.3 berikut ini:
E 2 1
E 1 i
2 i
I1
I 2
Ф
1
Ф
2
90 90
α
Gambar 2.3 Diagram phasor tegangan dan arus pada alat ukur induksi Interaksi antara fluksi
Ф
1
dan arus induksi i
2
menghasilkan momen T
1
dan interaksi antara
Ф
2
dan arus induksi i
1
menghasilkan momen T
2
, yaitu: T
1
= k
1
Ф
1
i
2
=
�
1
� �
�
1 �
�
2 �
sin �� cos�� − � ............................................2.9
Universitas Sumatera Utara
T
2
= k
2
Ф
2
i
1
=
�
2
� �
�
1 �
�
2 �
sin �� − � cos �� ...........................................2.10
Maka momen total yang memutar piring adalah: T = T
1
- T
2
= k
3
Ф
1m
Ф
2m
{sinωtcosωt-α - sinωt-αcosωt}
= k
3
Ф
1m
Ф
2m
{sinωtcosωtcosα + sinωtsinα – sinωtcosα – sinαcosωtcosωt}
T = k
3
Ф
1m
Ф
2m
{sinωtcosωtcosα + sin
2
ωtsinα – sinωtcosωtcosα + cos
2
ωtsinα}
T = k
3
Ф
1m
Ф
2m
{sin
2
ωt + cos
2
ωtsinα}
T = k
3
Ф
1m
Ф
2m
sinα ………………………………….…………2.11
Sedangkan fluksi Ф
1m
sebanding dengan arusI
V
pada kumparan tegangan, jika jumlah lilitan kumparan tegangan dibuat besar sehingga mempunyai reaktansi
yang besar, maka arus I
1
sebanding dengan tegangan V yang berbeda phasa 90 lagging. Kumparan arus menghasilkan
Ф
2m
yang besarnya sebanding dengan arus beban I, dimana arus beban I berbeda phasa sebesar sudut φ terhadap tegangan V.
Diagram phasor tegangan dan arus ditunjukkan pada Gambar 2.4 berikut ini:
Universitas Sumatera Utara
Iv V
I
Ф
1
Ф
2
90
α φ
Gambar 2.4 Diagram phasor tegangan dan arus pada kWh meter Berdasarkan diagram phasor Gambar 2.4 diatas, maka momen putar dari
persamaan 2.11 dapat diganti dengan: T = k
3
VIsin90 -
φ
= k
3
VIcosφ
= k
3
P ………………...…….……………………………..……2.12 Dimana: P = VIcosφ = daya pada beban
Dari persamaan 2.12 diatas, maka dapat disimpulkan bahwa momen putar yang memutar piring sebanding dengan daya pada beban.
Jika harga rms total harmonisa tegangan adalah:
�
���
= �� �
ℎ 2
∞ ℎ=1
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . 2.13
Universitas Sumatera Utara
Dan harga rms total harmonisa arus adalah:
�
���
= �� �
ℎ 2
∞ ℎ=1
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … . 2.14
Maka persamaan 2.12 dapat diganti dengan persamaan momen putar yang ber harmonisa
� = �
3
��
1
+ �� �
ℎ 2
∞ ℎ=2
� � �
1
+ �� �
ℎ 2
∞ ℎ=2
� ���� … … … … . 2.15
Dimana: V
h
= Harga rms tegangan untuk harmonisa ke-h Volt I
h
= Harga rms arus untuk harmonisa ke-h Ampere Dengan demikian kepingan alumunium D, terjadi momen gerak T
D
yang berbanding lurus terhadap daya beban yang diperlihatkan dalam persamaan 2.12.
Bila kepingan alumunium berputar dengan kecepatan N, sambil berputar D akan memotong garis-
garis fluksi Ф
m
dari magnet permanen, menyebabkan terjadinya arus-arus pusar yang berbanding lurus terhadap N
.Ф
m
didalam kepingan alumunium tersebut. Arus-arus pusar ini akan memotong garis-
garis fluksi Ф
m
sehingga kepingan D akan mengalami suatu momen rendaman T
d
yang berbanding lurus terhadap N
.Ф
m 2
, bila momen tersebut yaitu T
D
dan T
d
ada dalam keadaan seimbang, maka hubungan di bawah ini akan berlaku:
K
d
.V.I.cos φ = K
m
.N . Ф
m 2
…………………………….… 2.16
Universitas Sumatera Utara
� =
�
�
�
�
�
� 2
�� ��� � …………………………..…………2.17
K
d
dan K
m
sebagai suatu konstanta. Dari persamaan tersebut terlihat bahwa kecepatan putar N, dari kepingan D adalah berbanding lurus dengan beban
VI cos φ, perputaran dari kepingan tersebut untuk jangka waktu tertentu berbanding dengan energi yang akan diukur. Untuk mencapai perputaran tertentu,
maka perputaran dari keping D ditransformasikan melalui sistem mekanis tertentu, kepada alat penunjuk roda-roda angka transformasi dari kecepatan putar
roda angka berputar lebih lambat dibanding dengan kepingan D. Dengan demikian maka alat penunjuk atau roda angka menunjukkan energi yang diukur dalam kWh
kilo Watt Jam setelah melalui kalibrasi tertentu.
2.3 Kesalahan kWh Meter
Kategori