224
KEGIATAN BELAJAR 7 Menentukan Kondisi Operasi Pengukuran Daya, Energi dan
Faktor Daya Listrik
1. Pengukuran Daya Listrik
Untuk memahami kondisi operasi pengukuran daya listrik. Kegiatan belajar dimulai dengan melakukan pengamatan pengukuran daya listrik yang didemonstrasikan oleh
guru.
Lembar Kerja 1: Kondisi Operasi Pengukuran Daya Satu Fasa
Melalui lembar kerja 1 kalian harus melakukan pengamatan untuk mengkaji rangkaian pengukuran daya satu fasa dengan wattmeter, ampermeter dan voltmter
dengan beban lampu pijar dan TL yang telah disiapkan oleh guru. Kalian harus melakukan pengamatan dan mengumpulkan data melalui kegiatan mengamati
penunjukkan ampermeter, voltmeter, dan wattmeter dari dua eksperimen yang telah disiapkan oleh guru, yang terdiri dari papan eksperimen meliputi sbuah ampermeter
AC dengan batas ukur minimal 2 amper, sebuah voltmeter AC batas ukur minimal 250V, sebuah wattmeter AC dengan batas ukur arus 5 amper dan tegangan 250V,
lampu pijar 20 watt220V, lampu TL 40 watt220V, dan kabel jumper. Untuk itu kalian harus membuat instrumen
untuk mengumpulkan data pengukuran, kemudian bandingkan hasil pengukurannnya dan berikan komentarmu atas perbedaan yang
terjadi.
1.1. Pengukuran Daya Listrik Satu Fasa
Pengukuran daya pada sistem arus balik dibedakan menjadi tiga janis daya, yaitu -
Daya semu S yang diukur dalam satuan VA atau kVA -
Daya Aktif P yang diukur dalam satuan watt atau kW -
Daya Reaktif Q yang diukur dalam satuan VAR atau kVAR Hubungan antara ketiga daya tersebut dapat dijelaskan dengan mudah melalui
segitiga daya, sebagai berikut
Di unduh dari : Bukupaket.com
225
Gambar 7.1 Diagram Segitiga Daya Sesuai dengan Hukum Pitagoras, maka hubungan ketiga daya tersebut secara
matematis dapat ditentukan sebagai berikut: Cos α = Daya Aktif Daya Semu
Sin α = Daya Reaktif Daya Semu Dari dua persamaan di atas dapat kita ubah menjadi :
Daya Aktif = Daya semu x Cos α Daya Semu = Daya Aktif Cos α
Daya Reaktif = Daya Semu x Sin α Jadi, jika dua parameter diketahui maka parameter lainnya dapat ditentukan. Bila
daya semu diketahui dan besar beda fasa antara daya aktif dan daya semu diketahui maka nilai daya aktifnya dapat ditentukan. Sebagai contoh, diketahui daya semu S =
50 kVA, dan sudut beda fasanya 60 derajad busur, maka daya aktif P = 50 kVA x cos 60
= 25 kW Contoh lain, diketahui daya semu S = 50 kVA, dan Daya Aktif P = 25 kW, maka
daya reaktif kVAr
Di unduh dari : Bukupaket.com
226
Pengukuran daya semu Q dapat dengan mudah dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus yang ada pada suatu rangkaian arus bolak-balik seperti
diperlihatkan pada gambar 7.2.
Gambar 7.2 Rangkaian Pengukuran Daya Semu S Langsung Desain Wattmeter
Wattmeter adalah instrumen untuk mengukur daya aktif. Tersedia dalam dua bentuk yaitu analog dan digital. Daya aktif merupakan perkalian antara daya semu S yaitu
perkalian tegangan V dan arus I dan factor daya Cos α. Oleh karena itu wattmeter mempunyai dua kumparan, yaitu kumparan putar untuk mendeteksi nilai
tegangan dan kumparan statis untuk mendeteksi nilai arus yang diukur. Konstruksi Wattmeter seperti tersebut lazim disebut sebagai wattmeter tipe elektrodinamis atau
elektrodinamometer. Prinsip bergeraknya jarum berdasarkan prinsip berputarnya motor listrik. Gambar 7.3 memperlihatkan skematik diagram watt meter
elektrodinamis.
Di unduh dari : Bukupaket.com
227
Gambar 7.3 Diagram Skematik Wattmeter Elektrodinamis Dalam gambar 5.34 dapat dilihat bahwa kumparan putar dipasang paralel dengan
beban sehingga berfungsi sebagai kumparan tegangan dan kumparan tetap dipasang seri dengan beban sehingga ia berfungsi sebagai kumparan arus. Skala pembacaan
dikalibrasi dalam satuan watt atau kW. Wattmeter elektrodinamis ini termasuk alat ukur presisi dan dapat digunakan pada
jaringan arus searah dan arus bolak-balik.
Di unduh dari : Bukupaket.com
228
Gambar 7.4 Konstruksi Elektrodinamis Alat ukur elektrodinamis memiliki dua jenisbelitan kawat, yaitu belitan kawat arus
yangdipasang, dan belitan kawat tegangansebagai kumparan putar terhubung denganporos dan jarum penunjuk Gambar 5.35.Interaksi medan magnet belitan arus
danbelitan tegangan menghasilkan sudutpenyimpangan jarum penunjuk sebandingdengan daya yang dipakai beban:
P = V · I · cos θ Pemakaian alat ukur elektrodinamik sebagai pengukur daya listrik
atauwattmeter.Untuk keperluan pengukuran daya listrik maka penyambungan wattmeter dilakukan sebagai berikut:
Di unduh dari : Bukupaket.com
229
Gambar 7.5 Rangkaian Pengukuran Daya Aktif dengan Wattmeter
Gambar 7.6 Wattmeter Standard
Mengenal Kesalahan Ukur pada Pengukuran Daya dengan Wattmeter Wattmeter elektrodinamis memiliki sepasang kumparan, yaitu kumparan arus dan
kumparan tegangan. Cara penyambungan kedua kumparan tersebut akan
Di unduh dari : Bukupaket.com
230
menentukan nilai kesalahan ukur yang akan diperoleh. Untuk jelasnya perhatikan cara penyambungan wattmeter yang diperlihatkan pada gambar 7.7a dan 7.7.b.
a
b
Gambar 7.7 Penyambungan Wattmeter elektrodinamis Pada Gambar 7.7a, kumparan arus mendeteksi arus beban I + Iv , dan kumparan
tegangannya mendeteksi tegangan beban U. Akibatnya daya yang diukur wattmeter merupakan daya beban ditambah daya disipasi kumparan tegangan. Oleh karena itu
cara ini sesuai untuk pengukuran arus besar. pada gambar 7.7.b, kumparan arus beban I , dan kumparan tegangannya mendeteksi
tegangan beban U + Ua . Akibatnya daya yang diukur wattmeter merupakan daya
Di unduh dari : Bukupaket.com
231
beban ditambah daya disipasi kumparan arus. Oleh karena itu cara ini sesuai untuk pengukuran arus kecil.
Lembar Kerja 2: Kondisi Operasi Pengukuran Daya Tiga Fasa
Melalui lembar kerja 2 ini kalian harus melakukan pengamatan untuk mengkaji rangkaian pengukuran daya tiga fasa dengan dengan beban tiga buah
lampu pijar yang telah disiapkan oleh guru. Terdiri dari tiga percobaan atau eksperimen, yaitu:. Eksperimen 1 : Pengukuran daya sistem tiga fasa dengan satu
wattmeter, eksperimen 2: Pengukuran daya tiga fasa dengan dua wattmeter, dan eksperimen 3: Pengukuran daya tiga fasa dengan tiga wattmeter. Untuk itu kalian
harus membuat instrumen untuk mengumpulkan data pengukuran, kemudian bandingkan hasil pengukurannnya dan berikan komentarmu atas perbedaan yang
terjadi. Diskusikan dengan teman sekelompk hasil pengamatan kalian dan presentasikan di kelas.
1.2. Pengukuran Daya Sistem Tiga Fasa