BAB 2 DASAR TEORI 2.1 ALAT UKUR INDUKSI - Perbandingan Kwh Meter Analog Dengan Kwh Meter Digital

BAB 2 DASAR TEORI

2.1 ALAT UKUR INDUKSI

  induksi medan magnet yang ditimbulkan oleh interaksi fluksi dan arus induksi yang digunakan untuk mengukur besar arus, tegangan maupun energi. Alat ukur induksi terdiri dari bagian-bagian yang bergerak yaitu berupa piringan alumunium yang diikatkan pada suatu sumbu putar. Bagian yang tetap terdiri dari dua buah kumparan untuk membangkitkan fluksi magnit. Prinsip kerja alat ukur induksi didasarkan pada reaksi antara fluksi magnit dengan arus yang diinduksikan pada alumunium [1]. Berikut adalah gambar dari Konstruksi alat ukur induksi.

Gambar 2.1 Konstruksi Alat Ukur Induksi [1]

  Dari Gambar 2.1 diatas maka dapat diketahui prinsip kerja dari alat ukur induksi yaitu:

  Momen putar: Apabila arus bolak-balik I1 dan I2 dialirkan melalui kumparan A dan B maka akan dibangkitkan fluksi magnet Ø1 dan Ø2. fluksi-fluksi ini akan memotong piringan alumunium sehingga didalam piringan terinduksi tegangan induksi yaitu

  d

   ₁

  e ₁  ................................................................................................(2.1) dt

  Dan

  d

   ₂

  e ₂  ................................................................................................(2.2) dt

  Karena arus I1 dan I2 berbentuk sinus, maka fluksi yang dibangkitkan juga akan berbentuk sinus, yaitu:

  Sin t

      .......................................................................................(2.3) _{1 1 m}

  Sin t

        .............................................................................(2.4) _{2 2 m  } Persamaan (2.3) dan (2.4) disubtitusikan ke persamaan (2.1) dan (2.2) maka diperoleh:

  d e Sin t Cos t

      ..........................................................(2.5) ₁   m   m _{1 1}

  dt d e Sin t Cos t

        ........................................(2.6) _{2 }  m     m    _{2  2}

  dt

  Tegangan induksi ini akan menghasilkan arus induks dalam piringan, yaitu

  e Cos t ₁   _{1 m} i

  .............................................................................(2.7) ₁  

  R R e Cos t ₂     _{2 m  } i

  ...................................................................(2.8) ₂  

  R R

  Diagram phasor tegangan dan arus dari rangkaian alat ukur induksi ditunjukan pada gambar dibawah ini:

Gambar 2.2 Diagram Phasor Tegangan dan Arus Alat Ukur Induksi [1]

  Interaksi antara fluksi menghasilkan momen defleksi T dan  dan arus induksi i ₁

  2

  1

  interaksi antara fluksi menghasilkan momen T yaitu:  dengan arus induksi i ₂

  1

  2 T k i ₁   _{1 1 2} k ₁ 

  Sin t Cos t

       .......... .......... .......... .......... .......... .....( 2 . 9 )  m m    _{1 2} R

  Dan

  T k i

   ₂  _{2 2 1}

  k ₂  Sin t Cos t

         .......... .......... .......... .......... .......... ...( _{1 m m   2} 2 . 10 )

  R

  Momen total yang memutar piringan adalah [1]:

  T T T

    _{1 2}

  k t t t t

    sin  cos   sin   cos   m m        _{3 1 2  }

  k t t t t t t

     sin   cos  cos   sin  sin     sin  cos   sin  cos   cos  _{m m  3 1 2 2 2} 

  k t t t t t t

    sin  cos  cos  sin  sin  sin  cos  cos  cos  sin   m m    _{3 1 2  2 2}

   k t t

     sin  sin   cos  _{3 1 m m   2  }

  k

     sin  .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ..( _{3 1 m m 2} 2 . 11 ) Dari persamaan diatas dapat dilihat bahwa momen putar adalah:

  Sebanding dengan fluksi yang dihasilkan kumparan A dan B

• - Sebanding dengan sinus sudut phasa antara fluksi  dan  .
¹ 2<
• - Momen putar akan maksimum bila sudut

2.2 WATT METER INDUKSI

  Alat ukur induksi dapat dibuat menjadi alat ukur daya listrik atau disebut wattmeter induksi, yaitu dengan cara membuat kumparan A dihubungkan paralel dengan beban (kumparan tegangan) dan kumparan B dihubungkan seri dengan

Gambar 2.3 Rangkain Wattmeter Induksi [1]

  Prinsip kerjanya:

  1. Momen Putar ( momen Defleksi) Arus I adalah arus beban yang juga mengalir pada kumparan B sebagai kumparan arus, arus beban ini akan menghasilkan fluksi

   yang sephasa dengan arus beban ₂ I. Kumpatan A sebagai kumparan tegangan dibuat sedemikian rupa sehingga mempunyai induktansi yang besar, dengan induktansi yang besar ini menghasilkan arus pada kumparan tegangan sehingga arus akan menjadi telambat (lagging) 90 terhadap tegangan beban V [1]. Berikut ini merupakan diagram phasor dari wattmeter induksi seperti ditunjukkan Gambar 2.4.

  V ᶲ

  I V

  I Gambar 2.4 Diagram Phasor Wattmeter Induksi [1] Momen defleksi alat ukur induksi adalah seperti pada persamaan (2.11) yaitu:

  T  k   sin  _{3 1 m 2 m}

  Dari diagram phasor diketahui bahwa:  sebanding dengan arus beban I ^{1 m}

• -  sebanding dengan tegangan beban V
2 m<
• - 

  90   

• - Maka momen defleksi wattmeter dapat ditulis sebagai berikut [1]:

  T  k _{D 3  }

  VI sin

  90   .........................................................................(2.12)

  k

  VI cos 

   ₃

  2. Momen Lawan Momen lawan diperoleh dari pegas yang diikatkan pada sumbu putar, basarnya momen lawan sebanding dengan sudut defleksi, yaitu [1]:

  T  k  ...............................................................................................(2.13) _{C f}

  Bila kedua momen mencapai keseimbangan maka diperoleh

  T  T _{C C} k  k

  VI cos  _f  ₃ Sudut defleksi jarum penunjuk adalah

  k ₃

   

  VI cos  k _f

   k

  VI cos  k P .............................................................................(2.14)

    _{4 4} Dimana : P

  VI cos  = daya pada beban

   penunjuk dari wattmeter induksi sebanding dengan daya pada beban.

2.3 WATT HOUR METER

  Watt hour meter merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengukur besar energi listrik yang digunakan oleh konsumen seperti perumahan, perkantoran dan industri. Energi adalah sama dengan kerja yang mampu dilakukan oleh sistem sedangkan daya adalah berapa jumlah waktu yang digunakan untuk melakukan suatu kerja. Dalam satuan SI energi satuanya adalah joule, tetapi energi listrik diukur dala satuan watthour atau kilowatthour. Satu kilowatthour (kWh) adalah sama dengan3.6 MJ (Megajoule). Meter yang digunakan untuk mengukur energi pada perumahan dan industri disebut dengan watthourmeter dan kilowatthourmeter. Tagihan rekening listrik adalah biasanya berdasarkan kepada jumlah kilowatthour yang dipakai selama sebulan [1].

  Jumlah energi listrik yang mengalir ke dalam suatu sistem selama selang waktu antara i dan i adalah [1]: _{i 2 1 2} E  pdt ..............................................................................................(2.15)  _{i 1} Sedangkan daya rata-ratanya: _{t 2}

  1 P  pdf ...................................................................................(2.16)

   t  t _{2 1 t 1} Jika daya yang mengalir itu besarnya diketahu dan konstan selama selang waktu tertentu, maka jumlah energi dapat dihitung dengan mengalirkan besarnya daya dengan waktu selama daya itu mengalir [1].

  2.3.1 KESALAHAN WATTHOURMETER

  Kwh meter menghitung jumlah energi yang mengalir tidak saja pembebanan daya konstan, tetapi juga pada pembebanan yang berubah. Untuk menentukan benar tidaknya penunjukan watthourmeter ada dua cara yang berbeda pada prinsipnya. Cara pertama adalah membandingkan watthourmeter yang ditest dengan meter standart yang diketahui dapat melakukan pekerjaan integritas secara betul, jika kedua meter tersebut beroperasi pada pembebanan ang identik dan dalam waktu yang sama. Cara cara ini tidak mengharuskan adanya pembebanan yang konstan selama waktu pengetesan, asal kedua meter itu benar-benar beroperasi pada pembebanan yang sama. Cara yang kedua adalah mengoperasikan watthourmeter pada pembebanan yang tertentu dan mengukur besarnya daya yang mengalir serta mengamati watthourmeter yang ditest itu. Jika daya dijaga konstan dalam selang waktu tertentu maka jumlah energi yang mengalir dapat dihitung.

  Dari pengamatan kerja watthourmeter dapat dihitung juga berapa penunjukan watthourmeter. Kedua hasil ini kita bandingkan dan dapat kita tentukan kesalahan watthourmeter tersebut [1].

  2.3.2 WATTHOUR PADA PEMBEBANAN KONSTAN

  Jika daya yang mengalir konstan, maka energi yang diukur oleh watthourmeter dapat dilihat sebagai berikut [1]:

  N E Pt

    ............................................................................................(2.17)

  C Dimana: N = Jumlah putaran piringan (put) C = Konstanta Kwh meter (put/kwh) P = Daya (KW)

  Dari hubungan tersebut, dapat dijelaskan bahwa untuk suatu harga daya tertentu kecepatan piringan watthourmeter e tertentu pula [1]:

  CP

    N  ..........................................................................................(2.18)

  t

  Atau untuk suatu jumlah putaran tertentu dibutuhkan waktu [1]:

  N t

   ..................................................................................................(2.19)

  CP

  Kita dapat mengukur waktu untuk jumlah perputaran tertentu dengan menggunakan stopwatch dna kita bandingkan hasil pencatatan ini dengan harga yang sebenarnya. Disini kita harus memilih waktu pengukuran yang cukup agar ketelitian pengukuran cukup baik. Perlu diingat bahwa kecepatan reaksi pengamat dalam menggunakan stopwatch, ketajaman menghitung jumlah putaran dan ketelitian stopwatch sendiri sangat menentukan ketelitian pengukuran [1].

2.3.3 MENGHITUNG KESALAHAN WATTHOURMETER

  Kesalahan dalam persen dapat digunakan [1]:

  E E _s  kesalahan x

  100 % ..................................................................(2.20) 

  E _S

  Dimana E adalah jumlah Energi yang ditunjukan oleh watthourmeter:

  N E

  ...................................................................................................(2.21) 

  C

  Dan E adalah jumlah energi sebenarnya. Jika untuk membuat N putaran / impuls

  S

  diperlukan waktu t detik, sedangkan daya pada beban sebesar P watt, maka jumlah energi sebenarnya adalah [1]:

  Pt E _S  (Kwh)......................................................................(2.22) 3600 x 1000

  Maka kesalahan dalam persen adalah:

  N x x

   3600 1000 

  kesalahan x

  .............................................(2.23) %  100 %

   

  C x P x t

    Kita dapat juga menghitung kesalahan tersebut dengan membandingkan kecepatan perputaran/impuls atau membandingkan waktu, seperti yang telah dijelaskan diatas. Kalau daya yang mengalir adalah P watt kecepatan perputaran piringan / impuls sebenarnya adalah [1]:

  C x P

   (putaran / impulsper jam).................................................(2.24) _{s } 1000

  Kecepatan perputaran piringan atau kecepatan kedip impuls yang diukur adalah:

  Nx3600

   ( putaran/impuls per jam).................................................(2.25) 

  t

  Maka sesalahan dalam persen dapat dinyatakan: 

  kesalahan x

  ( 1 ) 100 % .................................................................(2.26)  

   _s Kalau dihitung waktu yang sebenarnya diperlukan untuk membuat N putaran/impuls pada daya P watt adalah [1]:

  N Nx x

  3600 1000

  t _s   .......................................................(2.27) C P CxP x

  3600 1000 Dan waktu yang diukur adalah t, maka kesalahan dalam persen dapat dinyatakan dengan [1]:

  t _s

   

  F

    1 x 100 % ..............................................................................(2.28)  

  t

    Kesalahan pada alat ukur umumnya dinyatakan dalam klas ketelitian yang dinyatakan dengan kelas 0.1; 0.5 ; 1,0 dst. alat ukur dinyatakan mempunyai ketelitian klas 0,1 bila kesalahan maksimum ialah ± 1 % dari skala penuh efektif. Tergantung dari besar kecilnya ketelitian tersebut alat-alat ukur dibagi menjadi [2]:

   Alat cermat atau alat presisi, alat ukur dengan ketelitian tinggi (&lt; 0,5%).

   Alat kerja, alat ukur dengan ketelitian menengah (± 1 ÷ 2 %).

   Alat ukur kasar, alat ukur dengan ketelitian rendah ( ≥ 3 %).

Tabel 2.1 Kelas ketelitian alat ukur dan penggunaannya.

   kelas Kesalahan yang Penggunaan Keterangan diijinkan (%) 0,1 ± 0,1 Laboratorium Presisi 0,2 ± 0,2 Laboratorium Presisi 0,5 ± 0,5 Laboratorium Menengah 1,0 ± 1,0 Industri Menengah 1,5 ± 1,5 Industri Menengah 2,0 ± 2,0 Industri Menengah 2,5 ± 2,5 Industri Menengah 3,0 ± 3,0 Hanya untuk cek Rendah 5,0 ± 5,0 Hanya untuk cek Rendah

   Alat cermat / alat persisi : Alat ukur yang mempunyai salah ukur dibawah 0,5% termasuk golongan alat cermat / alat persisi. Alat ukur ini sangat mahal harganya dan hanya dipakai untuk pekerjaan yang memerlukan kecermatan yang tinggi, umpamanya dilaboraturium [2]. Alat ukur cermat / alat persisi dibuat dalam bentuk transfortable dan untuk menjaga terhadap perlakuan-perlakuan yang kasar, maka alat tesebut dimasukan dalam peti/kotak dan dibuat dalam bentuk dan rupa yang bagus sekali, yang tujuannya untuk memperingatkan sipemakai bahwa alat yang tersimpan dalam kotak yang bagus tersebut adalah alat berharga dan harus diperlakukan secara hati-hati [2].

   Alat kerja : Alat ukur dengan kesalahan ukur diatas 0,5% termasuk golongan alat kerja. Untuk alat ukur kerja yang mempunyai kesalahan ukur ± 1 – ± 2 % juga dibuat dalam bentuk transportable dan dipakai dibengkel-bengkel, pabrik-pabrik dan lain-lain. Untuk alat kerja dengan kesalahan ukur ± 2 -3 % dipakai untuk pengukuran pada papan penghubung baik dipusat-pusat tenaga listrik, pabrik-pabrik dan lain-lain [2].

   Alat Ukur Kasar : Alat ukur yang mempunyai kesalahan ukur &gt; 3% termasuk golongan alat kasar dan hanya digunakan sebgai petunjuk umpama arah aliran untuk melihat apakah accumulator dari sebuah mobil yang sedang diisi atau dikosongkan [2]

2.4 KWH METER ANALOG

  Kwh meter analog merupakan suatu alat pengukur energi listrik yang bekerja berdasarkan sinyal analog dengan mengunakan prinsip induksi medan magnet dimana medan magnet tersebut yang akan menggerakkan piringan yang terbuat dari alumunium. Putaran dari piringan alumunium tersebut yang akan konsumen. Alat ukur ini dibangun oleh tiga bagian utama yaitu dua kumpara yang tetap dan bagian yang berputar berupa piringan. Kumparan tegangan dan kumparan arus untuk menghasilkan medan magnet. Piringan yang berputar umumnya terbuat dari alumunium diikatkan pada suatu sumbu putar. Register merupakan alat pencatat yang berfungsi menunjukan jumlah energi. Magnet permanen digunakan untuk menghasilkan momen lawan atau untuk pengereman piringan.

2.4.1 PRINSIP KERJA DARI KILOWATTHOUR METER ANALOG

  Berikut ini adalah Gambar 2.5 merupakan prinsip kerja dari kwh meter analog

Gambar 2.5 Prinsip kWh Meter Analog [1]

1. Momen putar

  Sistem yang bergerak terdiri dari sebuah piringan alumunium yang dipasang pada sebuah poros dan ditempatkan dalam celah udara antara magnet seri dan magnet shunt. Perpotongan antara kedua flux magnet tersebut akan menghasilkan fluksi pada masing-masing magnet. Fluksi yang berasal dari kedua yang memaksa piringan berputar. Ini merupakan pembelokan torsi.

  Seperti yang dijelaskan diatas bahwa momen putar yang memutar piringan adalah sesuai dengan Persamaan (2.11) adalah [1]:

  T k

     sin  _{3 1 m m 2} Sedangkan fluksi  sebanding dengan arus beban I yang juga mengalir pada _{1 m} kumparan arus dan  sebanding dengan tegangan beban V, jika jumlah lilitan _{2 m} kumparan tegangan dibuat besar sehingga mempunyai reaktansi yang besar maka arus Iv sebanding dengan tegangan V yang berbeda phasa 90 langging [1].

  Diagram phasor tegangan dan arus watthourmeter dapat dilhat pada gambar 2.6.

Gambar 2.6 Diagram phasor tegangan dan arus [1]

  Berdasarkan diagram phasor Gambar 2.6 maka momen putar dari Persamaan (2.11) dapat ditulis sebagai berikut [1]:

  T k

  VI

   sin 90   ₃  

  k

  VI

   cos  ₃

  k P

  .....................................................................................(2.29)  ₃ Dimana:

  P

  VI

  = daya pada beban  cos 

  Dari Persamaan 2.29 dapat dilihat bahwa momen putar yang memutar piringan sebanding dengan daya pada beban.

2. Braking Torque (Momen Lawan)

  Sistem pengereman terdiri dari magnet permanen yang disebut rem magnet. Bagian ini ditempatka didekat tepi piringan sebagai pengereman putaran piringan dengan mengurangi arus eddy di dalam proses induksi. Arus eddy berasal dari fluksi dan menghasilkan torsi. Torsi ini begerak melawan arah dari gerak piringan. Torsi pengereman sebanding dengan kecepatan dari piringan.

  Sepeti yang diketahui bahwa magnet permanen akan menghasilkan fluksi  . Dimana fluksi ini memotong piringan alumenium, maka dalam piring akan diinduksikan tegangan yang sebanding dengan kecepatan putar piring, yaitu [1]:

  e

   .......................................................................................(2.30) 

  Arus induksi dalam piring adalah sebagai berikut

  e

  

  i

    ................................................................................(2.31)

  R R

  Momen lawan (braking torque) adalah sebanding dengan fluksi  dikali arus induksi sebagai berikut [1]:

  T i _{B  } ......................................................................................(2.32)

  Kemudian subtitusikan persamaan (2.18) kedalam persamaan (2.19) sehingga diperoleh:

  2

   

  T _B  ..................................................................................(2.33) R

  Bila kecepatan piring mencapai kecepatan konstan maka kedua momen putar dan momen lawan akan sama besar, sehingga persamaan menjadi [1]:

  T T _{B  .......................................................................................(2.34) 2}

   

  P

   ....................................................................................(2.35)

  R

  Atau:

  P

   ........................................................................................(2.36) 

  Jika diambil suatu periode waktu tertentu akan diperoleh jumlah putaran yang besarnya sebanding dengan jumlah energi pada beban, yaitu [1]: _{t t}

  dt P dt

   

    _{o o} t Pt

  ............................................................................(2.37) 

  

  t E

   

  t CE

    Atau:

  N = CE………………………………………………………..(2.38) Jadi energi yang diukur dapat ditulis:

  N E

  .......................................................................................(2.39) 

  C

  Dimana : N = φt = Jumlah putaran piringan ( putaran)

  Φ = Jumlah putaran piring per jam (rph = put/h) t = Waktu ( hour = h) C = Konstanta alat ukur (put/kWh)

  3. Registering Sistem

  Poros dari piringan terhubung ke mekanisme penghitungan. Mekanisme ini mencatat jumlah yang sebanding dengan jumlah putaran piringan yang dikalibrasikan dengan penunjukan pemakaian energi listrik dalam kilo meter hours(kWh).

2.4.2 BAGIAN-BAGIAN KILOWATTHOUR METER ANALOG

  Berikut ini adalah Gambar 2.7 yang menunjukkan bagian-bagian yang terdapat dalam kWh meter analog

Gambar 2.7 Bagian-bagian kWh Meter Analog [3]

  Keterangan Gambar:

  1. Kumparan Tegangan Kumparan tegangan merupakan kumparan yang terdiri dari kawat-kawat tipis yang dihubungkan kepada sebuah magnet shunt. Dimana hubungan tersebut akan menghasilkan fluksi

  2. Kumparan arus

  Kumparan arus merupakan kumparan yang terdiri dari beberapa kawat tebal yang dihubungkan kepada sebuah magnet seri. Dimana hubungan tersebut akan menghasilkan fluksi.

  3. Elemen Penggerak/piringan bergerak dikarenakan oleh perpotongan fluksi pada kedua medan magnet sehingga menghasilkan induksi, dimana induksi tersebut menimbulkan arus eddy yang memaksa piringan berputar

  4. Rem Magnit Rem magnit merupakan sebuah magnet permanen yang diletakkan pada piringan yang berputar pada kwh meter. Magnet tersebut berfungsi untuk melakukan pengereman dengan cara mengurangi arus eddy yang timbul saat proses induksi.

  5. Register Register merupakan bagian yang dapat kita lihat berupa angka pada kwh meter. Bagian ini berfungsi mencatat setiap pergerakan piringan dimana perputaranya sebanding dengan putaran piringan yang telah dikalibrasikan sesuai standard kwh meter tersebut.

  6. Name Plate Name plate merupakan bagian dimana terdapat data-data mengenai kwh meter. Baik merek kwh meter maupun data-data seperti arus, tegangan, konstanta dan frekuensi.

  7. Terminal Klem

  Terminal klem merupakan suatu bagian terminal dimana kita dapat memasukkan energi listrik dan mengeluarkan energi listrik tersebut.

2.4.3 KESALAHAN-KESALAHAN KWH METER ANALOG 1. Kesalahan akibat perbedaan rangkaian.

  a. Kumparan arus tidak dilalui arus

  b. Arus Melalui Kumparan Arus Sebuah wattmeter sebenarnya diharapkan dapat menunjukkan daya yang dipakai oleh beban, tetapi pembacaannya sebenarnya sedikit kelebihan yang disebabkan oleh rugi-rugi daya pada rangkaian instrument. Besarnya kesalahan tergantung dari banyaknya rangkaian.

  2. Kesalahan akibat induktansi kumparan tegangan

  3. Kesalahan akibat medan STRAY (Pengganggu) Karena medan yang bekerja pada instrument ini adalah kecil, maka mudah dipengaruhi oleh kesalahan akibat medan pengganggu dari luar. Oleh karena itu harus dijaga agar sejauh mungkin berada dari medan STRAY tadi. Tetapi , kesalahan akibat medan ini pada umumnya dapat diabaikan.

  4. Kesalahan akibat kapasitansi dalam kumparan tegangan Pada bagian rangkaian kumparan tegangan , terutama pada bagian tahanan serinya akan selalu muncul kapasitansi walaupun kecil. Akibatnya akan mengurangi besarnya sudut, dengan demikian mengurangi kesalahan yang diakibatkan induktansi pada rangkaian kumparan tegangan. Pada kenyataannya pada beberapa wattmeter, sebuah kapasitor dihubungkan paralel terhadap tahanan seri untuk mendapatkan rangkaian kumparan tegangan yang non-induktif.

  Jelas bahwa kompensasi yang berlebihan akan membuat resultante reaktansi kapasitif, dengan demikian akan menyebabkan sudut negatif.

  5. Kesalahan akibat EDDY-Current (Arus pusar) Eddy-current adalah medan arus bolak-balik pada bagian-bagian logam yang akan mengubah besar dan kuat medan kerja, dengan demikian menimbulkan kesalahan bagi pembacaan wattmeter. Kesalahan ini tidak mudah dihitung meskipun dapat menjadi sangat besar jika tidak berhati-hati dalam memindahkan bagian padat dari dekat kumparan arus tadi.

2.4.4 CARA PENYAMBUNGAN KILOWATTHOUR METER ANALOG 1. kWh Meter Analog 1 Fasa

  Berikut ini adalah cara-cara penyambungan kWh meter 1 fasa seperti Gambar 2.8;

  1. Kumparan arus diseri dengan beban, ujung awal mendapat fase dan ujung akhir dihubungkan ke beban.

  2. Kumparan tegangan awal digabung dengan ujung awal kumparans arus dan ujung akhir dihubungkan dengan netral sumber bersama - sama dengan ujung lain dari beban.

  3. Jika rangkaian sudah benar kemudian sumber kita masukkan pada rangkaian.

Gambar 2.8 Pengawatan Kwh Meter 1 fasa [3]

  2. kWh Meter Analog 3 Fasa

  Berikut ini adalah cara-cara penyambungan dari kWh 3 fasa seperti Gambar 2.9: sedemikian rupa sehingga menjadi kWh meter3 Fase dengan prinsip kerja seperti kWh meter 1 Fase.

  2. Line R, kita masukkan pada ujung awal kumparan arus fase satu dan ujung akhirnya kita hubungkan ke ujung beban untuk fase pertama, demikian pula untuk Y, B dipasangkan pada ujung awal kumparan fase 2 dan 3 dan ujung lainnya ke beban.

  3. Netral sumber kita masukkan ke terminal Netral alat ukur dan kita gabung dengan ujung lain dari beban.

  4. Jika rangkaian sudah benar, sumber kita hidupkan, maka piringan akan berputar sesuai dengan besarnya beban, Jika beban besar piring akan berputar cepat dan sebaliknya.

  5. Gerak putar roda-roda pencatat ( Register ) ini ditentukan oleh merupakan transfer dari gerak piringan berjumlah 2 ( ada yang 3 ) yang kesemuanya ditempatkan dalam satu poros.

Gambar 2.9 Pengawatan kWh Meter 3 fasa [4]

2.5 KILOWATTHOUR METER DIGITAL/ELEKTRONIK

  Meter Digital/elektronik merupakan suatu alat ukur besaran listrik yang bekerja berdasarkan prinsip elektronik (pulsa) untuk memantau pasokan energi (kWh) ke pelanggan baik yang secara langsung (instantaneous) atau yang sudah tersimpan dalam memori meter. kWh meter digital/elektronik memiliki berbagai macam fungsi atau dapat dikatakan kWh meter yang memiliki multifungsi. Dimana kwh meter tersebut memiliki kemampuan untuk mengukur energi aktif (kWh), energi reaktif ( Kvarh), memiliki tingkat ketelitian yang baik, memiliki sistem keamanan dimana dari pencurian energi dan mempermudah dalam pengontrolan energi listrik.

2.5.1 PRINSIP KERJA DARI KILOWATTHOUR METER DIGITAL

  Prinsip kerja kWh meter Digital/Elektronik seperti ditunjukkan Gambar 2.10:

Gambar 2.10 Diagram Skematik kWh Meter Digital/Elektronik [5]

  Pengukuran pemakaian energi listrik dengan menggunakan kilowatthour elektronik atau digital adalah dengan cara mendeteksi besarnya sinyal arus dan tegangan pada line. Energi listrik dihitung berdasarkan perkalian arus dan tegangan. sedangkan konsumsi energi listrik dihitung berdasarkan proses akumulasi energi listrik setiap selang waktu ( sampling- time). Gambar 2.11 adalah diagram block dari proses pengukuran energi listrik dalam sistem digital [6].

Gambar 2.11 Diagram block dari sistem kWh digital [6]

  Arus dan tegangan bolak-balik dikonversikan oleh tranducer r.m.s menjadi tegangan dc, tegangan dc diubah menjadi bilangan biner oleh analog to digital converter. Energi listrik rata-rata dihitung dengan proses multiplikasi bilangan biner antara arus dan tegangan, kemudian komsumsi energi listrik didapatkan dari proses akumulasi energi listrik setiap selang waktu (T ). Proses perhitungan

  S

  konsumsi energi listrik ditunjukkan pada blok diagram Gambar 2.12 [7]:

  Peraga Digital A/D Irms

  Watthour v b dci i(t)

  2 k

  I i rms v dci

  V ref hex i

  Multiplier Summer P

  Ts K. Hex . Hex P = P + P i i Ts hex i

  A/D Vrms v dcv v(t) k

  V v rms b

  2 v dcv

  V ref

  Timer T s

Gambar 2.12 Proses Perhitungan Energi Listrik [7]

  Proses aritmatika bagan diatas adalah sebagai berikut Konversi arus r.m.s ke tegangan dc:

  v  k _{dci i rms} I ...........................................................................................(2.40)

  Dengan: V = tegangan dc dari arus

  dci

  K = Konstanta kWh meter

  i

  I = arus rms

  rms

  Konversi tegangan r.m.s ke teganga dc

  v k V ..........................................................................................(2.41) _{dcv v rms} 

  Dengan k dan k berturut-turut adalah konstanta konversi linear arus rms dan _{i v} tegangan rms ke tegangan dc. Konversi tegangan dc ke bilangan biner [7]

  v _dci hex  .......................................................................................(2.42) _i v

   ref  _b  

  2  

    

  V K ^S _{v i b} ^ref . .

  .5.2 BAGIAN-BAGIAN KILOWATTHOUR METER DIGITAL/ELE- KTONIK

     ..............................................................(2.45)

  P P P P   

   adalah konstanta watthour Perhitungan watthours untuk 3-line adalah dengan cara menjumlahkan pemakaian daya listrik yang terdapat pada masing-masing line untuk setiap sampling-time [7]: _{N T Ts N S Ts N R Ts TS}

    

    

    

    

    

  2 ²   

  1

  3600

    Hours Volt Amper T k k

    

  Dengan

   (watthours)................................................................(2.44)

  Khex hex P

  listrik dengan time-sampling sebesar TS detik, maka didapatkan [7]: _{Ts v i}

  V Subtitusi persamaan (2.40),(2.41),(2.42) dan (2.43) kedalam persamaan daya

  2 adalah besarnya tegangan analog untuk 1 bit atau resolusi konverter A/D b bit dengan tegangan referensi adalah sebesar _ref

  v

     _{b ref}

  Dengan   

  2 .......................................................................................(2.43)

  v v hex

   _{b ref} ^dcv _v

  Perhatikan Gambar 2.13 :

Gambar 2.13 Bagian-bagian kWh meter Digital

  1. Bagian-bagian dari kWh meter Digital Berikut ini adalah bagian-bagian dari kWh meter digital/elekronik.

  1. Display Merupakan tempat untuk melihat besar energi yang kita gunakan dan konsatanta-konstanta lainnya seperti arus, tegangan, daya aktif dan daya reaktif.

  2. Button Scroll Display Tombol yang digunakan untuk melakukan pengecekan terhadap tampilan dari kwh meter dimana untuk melihat tampilan arus, tegangan, daya aktif, daya reaktif, LWBP dan WBP

  3. Button Program (segel PLN) Merupakan tempat untuk melakukan pemograman kwh meter.

  4. LED Indikator on/off Merupakan sebagai indikator untuk memastikan kwh meter dalam keadaan hidup maupun mati

  5. LED Indikator Tamper/ Overload Merupakan sebagai indikator bahwasanya terjadi gangguan pada kwh

  6. Impuls Merupakan indikator pemakaian energi listrik sebagai pengganti piringan

  7. LED Indikator terima program Merupakan sebagai indikator menandakan bahwa kwh meter menerima program yang dibuat kepada kwh meter tersebut.

  8. LED Indikator kirim Program Merupakan indikator yang menandakan bahwasnya program telah diterima dan telah dikirim kepada server penerima di PLN

  9. Segel PLN Merupakan sebuah tanda dimana bagian tersebut tidak boleh dibongkar oleh konsumen selain PLN

  10. Terminal masukan dan keluaran Merupakan tempat untuk masukan dan keluaran tegangan.

  2. Peralatan pendukung dari kWh meter Digital

  1. Konsentrator Merupakan peralatan untuk mengontrol dan mengumpulkan daya kwh meter secara up to date.

  2. Modem Merupakan sebagai suatu alat komunikasi dari pusat kontrol ( server) ke kWh meter melalui konsentrator

  3. Remote Control (HHU = HAND HOLD UNIT) Merupakan suatu alat yang digunakan dilapangan untuk mengotrol dan membaca data stand pada kWh meter

  4. Repeater Line Carrir) untuk pengiriman data dari kwh meter ke konsentrator.

2.5.3 SISTEM KILOWATTHOUR METER DIGITAL

  Sistem kWh meter digital menggunakan single board computer dimana MCS 80C52 sebagai prosessor base, prosessor beroperasi pada 12 Mhz clock.

  Fasilitas terdapat pada single board difungsikan sebagai berikut [7]:

• 6 kanal12-bit analog to digital converter dengan tegangan input 0 s/d 10 vdc dan resolusi 2444 mV per-bit, untuk memonitor tegangan output current dan voltage tranducer.
• 256 x 8 bit SRAM internal dan 65k x 8 bit external SRAM untuk menyimpan data watthour, parameter watthour (K), preset-timer (Ts), dan stack-memory.

  8K x 8 bits ROM internal dan 64K x 8 bits external ROM untuk - menyimpan instruksi fungsi-fungsi watthour, data konversi bilangan biner ke format peraga 7 segment. RAM battere back-up untuk mencatu chip memori pada saat catu daya - rangkaian hilang.

• 3 x 8 bits digital I/O untuk mengedalikan peragaan data watthour pada peraga 8 x 7 segment dan monitor status detector sekuriti.

  1-kanal port serial untuk remote access memori data watthour, konstanta K - dan Ts dari/ ke computer

• 2 x 8 bits timer untuk sampling-time pengukuran dan untuk timing peraga 8 digit. down) dan transisi naik (power-up) Timer 0 dan timer 1 untuk penggerak program watthour meter dan - penggerak program peragaan data ke 8x7 segment.

Gambar 2.14 Konfigurasi Hubungan watthours meter [7]

  Integritas modul diatas dengan devace penunjang lain untuk sistem alat watthour meter digital adalah seperti Gambar 2.14: Linear Current Tranducer: CT , CT , dan CT digunakan untuk mengukur

  1

  2

  3

  besarnya arus r.m.s yang mengalir pada tiap line antara panel distribusi dan beban, range arus r.m.s input adalah 0 s/d 400 Ampere dan tegangan dc output adalah 0 s/d 10 volt [7].

  Linear voltage Tranducer: 1,2 dan 3 digunakan untuk mengukur besarnya tegangan r.m.s pada tiap single-line (R-N, S-N, T-N), range tegangan r.m.s input adalah 0 s/d 250 Volt dan tegangan dc output adalah 0 s/d 10 volt. Voltage transducer mempunyai karakteristik linear dengan konstanta linear 0.025 vdc/vac.

  Peraga digital: 8x7 segment berfungsi untuk menayangkan konsumsi energi listrik rata-rata dalam satuan watthour. Input detektor-sekuriti digunakan rangkaian diperoleh dengan mengubah tegangan line AC menjadi tegangan DC.

2.5.4 CARA KERJA KILOWATTHOUR METER DIGITAL

  Cara kerja sistem alat kWh meter digital ini adalah sebagai berikut arus dan tegangan r.m.s tiap line dikonversi linear oleh tiga current tranducer dan voltage tranducer menjadi tagangan dc. Setiap interupt-timer (Ts detik), keenam tegangan dc dimultiplek, kemudian dirubah menjadi bilangan biner 12 bit.

  Selanjutnya dilakukan proses multiplikasi dari pasangan bilangan biner, arus, tegangan dan konstanta watthour line bersangkutan. Hasil multiplikasi pasangan tersebut dijumlahkan, hasil penjumlahan dalam bilangan biner dikonversi ke format peraga 8x7 segment, tayangan pada peraga-digital adalah sama dengan energi listrik yang digunakan selama Ts. Akumulasi energi listrik tiap perioda interupt-timer adalah sama dengan lama pemakaian energi listrik [7].

2.6 ENERGI LISTRIK

  Energi listrik dapat diperoleh dari hasil pengubahan berbagai macam energi lain, seperti energi air terjun, energi angin, energi pasang surut, energi panas bumi, energi matahari, dan energi nuklir. Sebaliknya, energi listrik juga dapat diubah menjadi berbagai bentuk energi lain.

  Energi listrik merupakan hasil perkalian antara daya listrik dengan satuan waktu. Dimana daya listrik dikalikan dengan waktu sehingga dihasilkan energi listrik. Perkalian antara daya tersebut dapat dilihat pada persamaan berikut ini:

  E  V x I x Cos  x t (Watt jam/ wh)..................................................(2.46)

  Dari persamaan diatas diketahui bahwa V x I x Cos φ merupakan daya listrik sehingga diperoleh persamaan energi listrik dalam satuan kwh sebagai berikut

  V x I x Cos  x t E  ( kilo watt jam / Kwh)..........................................(2.47)

  1000 Dimana: E = Energi Litrik (kwh)

  P = Daya Listrik (Watt) t = Waktu (jam)

  2.7 DAYA LISTRIK

  Daya listrik merupakan jumlah dari energi listrik yang ditransfer oleh suatu rangkaian listrik tertutup. Pada dasarnya daya yang disalurkan rangkaian tiga fasa sama dengan jumlah daya pada ketiga fasanya. Dengan kata lain, perhitungan daya tiga fasa merupakan penjumlahan dari daya satu fasa, yaitu :

  P P P P .................................................................................(2.48) _total    _{1 2 3} Dimana nilai dari masing-masing fasa yaitu:

  Fasa R: P

  V I Cos  ......................................................................................(2.49) ₁ 

  Fasa S: P

  V I Cos ......................................................................................(2.50) ₂  

  Fasa T: P

  V I Cos  ......................................................................................(2.51) ₃ 

  Jadi jika beban seimbang, maka:

  P  P  _{total 3  fasa fasa LL L}

  3 V

  I Cos  

  3 V

  I Cos  ................................................(2.52)

  Dimana: I = Arus fasa ke fasa (Amper)

  LL

  I LN = Arus fasa ke netral (Amper)

Gambar 2.15 Hubungan Bintang [8]

  I V P _{L LL phasa phasa}

  I V Cos

  Dari persamaan diatas diperoleh nilai daya:   Cos

  V V   3

  I I

  L phasa LN LL

  Dimana:

  Ujung-ujung kumparan dihubungkan seperti dalam bentuk bintang (biasanya disimbolkan dalam bentuk wye atau Y)

  V LL = Tegangan fasa ke fasa (Volt)

  = Daya total (watt) Rangkaian tiga fasa memiliki 2 hubungan yaitu hubungan delta dan hunbungan bintang. Kedua hubungan tersebut dapat dilihat seperti Gambar 2.15 sebagai berikut: 1 hubungan Bintang

  total

  P

  3Ø

  = Daya 1 fasa (Watt)

  1ø

  P

  V LN = Tegangan fasa ke netral (Volt)

  3  3 

  2. Hubungan Delta Hubungan delta atau segitiga seperti Gambar 2.16 tidak memiliki tegangan fasa-netral yang ada hanya tegangan fasa-fasa:

Gambar 2.16 Hubungan Delta [8]

  Dimana :

  V 

  V LL LN I 

3 I

  L phasa

  Dari persamaan diatas diperoleh nilai daya:

  P 

  3 V _{phasa phasa LL L}

  I Cos  

  3 V

  I Cos 

2.8 FAKTOR DAYA

  Faktor daya dapat dijelaskan dengan menggunakan segitiga daya Gambar 2.17:

Gambar 2.17 Segitiga Daya [9]

  P

  V I Cos  Faktor Daya Cos  ........................................................... (2.53)

    

  S

  V I

  Dengan : S = Daya semu (satuan VA) P = Daya nyata (satuan Watt) Q = Daya reaktif (satuan VAR)

  Pada dasarnya sistem energi listrik memiliki 3 jenis faktor daya yaitu:

  1. Faktor daya unity Fak tor daya unity merupakan suatu keadaan dimana cos φ sama dengan 1. hal ini disebabkan oleh karena tegangan sefasa dengan arus dan beban yang digunakan biasanya beban resistif murni. Diagram Fasor faktor daya unity ditunjukan seperti Gambar 2.18:

Gambar 2.18 faktor daya unity [10]

  2. Faktor daya terbelakang (lagging) Faktor daya terbelakang atau biasa disebut lagging merupakan suatu keadaan dimana arus tertinggal oleh tegangan sebesar sudut φ. Biasanya hal ini terjadi pada beban Induktif. Diagram Fasor faktor daya terbelakang (lagging) ditunjukkan seperti Gambar 2.19:

Gambar 2.19 faktor daya yang terbelakang (lagging) [10]

  3. Faktor daya mendahului (Leading) Faktor daya mendahului atau biasa disebut juga dengan leading merupakan suatu keadaaan dimana arus mendahului tegangan sebesar sudut

  φ. Hal ini biasa terjadi pada beban yang bersifat kapasitif. Diagram fasor faktor daya

  I φ

  V Gambar 2.20 faktor daya yang mendahului (Leading) [10]