Edoc.site macam macam alat ukur berdasar
MAKALAH
PENGUKURAN LISTRIK
MACAM-MACAM UKUR LISTRIK BERDASARKAN
PRINSIP KERJA
NAMA
: REZA MALIKI AKBAR
NO. ABSEN : 34
AE MECHATRONICS
D1 POLMAN BANDUNG
2013
1.1 Macam-macam Alat Ukur Penunjuk Listrik
Alat ukur listrik yang biasa dipergunakan dalam pengukuran ditunjukkan
pada tabel 1 yang meliputi
: jenis,
tanda
gambar, prinsip kerja,
penggunaan, daerah kerja penggunaan, dan kebutuhan daya.
Tabel 1.1 Beberapa contoh alat ukur penunjuk listrik
No
Jenis
1
2
1 Kumpa
ran
putar
Tanda Prinsip Kerja Peng Conto
guna
h
Gamb
an
ar
3
M
2 Penyear
ah
R
3 Termo
Mome
n
4
5
Besi
Putar
Elek
tro
dina
mo
met
er
6 Induksi
T
S
D
D
4
Gaya
elektro
magnetik
antar
medan
Kombinasi
suatu
pengubah
memakai
penyearah
semi
Kombinasi
suatu
pengubah
memakai
Gaya
elektro
magnetik
yang
bekerja
pada suatu
Gaya
elektro
magnetik
yang
bekerja
pada suatu
Gaya
elektro
magnetik
yang
ditimbulka
n oleh
medan
5
DC
Daerah Kerja dan
Daya
Penggunaan
Arus Tegang Fre
an
ku
6
7
8
9
10
AVO 1,5 x 10-6 10- Kecil
~102 2~10-3
AVOF
5 x 10-4 1~103 < Kecil
104
~10-1
AC AVW
Efekti
f
DC
AC
AV
Efekti
f
DC
10-3 ~5 5x10 -1 < Kecil
~
103
1,5x10
2
-2
10~10
B = k . I1
Td = N . k . Il . I2 . l . b Nm ……………………….. ( 1 - 9 )
Keterangan :
Td : Momen Putar
N : Banyaknya lilitan
l : panjang kumparan b : lebar
kumparan
Besarnya N, k, 1, dan b adalah konstan,
bila
besaran-besaran
Td = Kl . Il . I2 …………… ( 1 - 10 ) Dari
persamaan 1-10 terlihat
bahwa besarriya momen putar adalah berbanding lurus terhadap hasil kali
arus yang mengalir melalui
kumparan
tetap
dantersebut dinyatakan
dengan K1, maka :
kumparan putar. Pada kumparan putar ini spring kontrol (pegas pengatur), maka
Momen pengontrol/pemulih akan berbanding lurus terhadap simpangan ; maka
:
Kl . I1 . I2 = K2 . ~ I1 . I2
……………………………………………………. ( 1 - 11 )
Apabila instrumen digunakan sebagai ammeter, maka arus
yang melalui kumparan tetap dan kumparan putar besarnya sama. Jika I1 = I2 =
I, maka : ~ I2
I ~ v ............................................................... ( 1 - 12 )
digunakan untuk mengukur arus yang kecil, sedangkan Gambar 1- 22b
digunakan untuk mengukur arus yang besar, Rsh dipasang guna membatasi
besarnya arus yang melalui kumparan putar.
Gambar 1 - 23
Rangkaian voltmeter elektrodinamis
Apabila instrumen tersebut digunakan sebagai voltmeter, maka kumparan
tetap F dan
kumparan putar M dihubungkan seri dengan tahanan tinggi (RS). Besarnya I1
= 12 = I, adalah
2
2 ~ V.V --- > ~ V
V ~ v …………(1 - 13)
Alat ukur elektrodinamis bila digunakan untuk arus bolak-balik biasanya skala
dikalibrasi dalam akar kuadrat arus rata-rata, berarti alat ukur membaca nilai
effektip. Dengan demikian jika alat ukur elektrodinamis dikalibrasi untuk arus
searah 1 A pada skala diberi tanda yang menyatakan nilai 1 A, maka untuk arus
bolak-balik akan menyebabkan jarum menyimpang ke tanda skala untuk I A dc
dan memiliki nilai effektip sebesar 1 A. Jadi pembacaan yang dihasilkan oleh
arus searah dapat dialihkan ke nilai arus bolak-balik yang sesuai, karena
itu menetapkan hubungan antara AC dan DC. Artinya alat ukur ini dapat
digunakan untuk membaca arus AC dan DC dengan skala yang
sama.
1.1.4. Alat Ukur Elektrostatis
Alat ukur elektrostatis banyak dipergunakan sebagai alat ukur tegangan
(volt meter)
untuk arus bolak-balik maupun arus searah, khususnya
dipergunakan pada alat ukur tegangan tinggi. Pada dasarnya kerja alat ukur ini
adalah gaya tarik antara muatan-muatan listrik dari dua buah pelat dengan beda
tegangan yang tetap. Gaya ini
akan menimbulkan Momen penyimpang, bila beda tegangan ini kecil, maka gaya
ini akan kecil sekali. Mekanisme dari alat ukur elektrostatis ini mirip dengan
sebuah capasitor variabel; yang mana tingkah lakunya bergantung pada reaksi
antara dua benda bemuatan listrik (hukum coulomb).
Gambar 1 – 24 Skema voltmeter elektrostatis
Gaya yang merupakan hasil interaksi tersebut, pada alat ukur ini
dimanfaatkan untuk penggerak jarum penunjuk. Salah satu konfigurasi dasar alat
ukur elektrostatis diperlihatkan gambar 1-24. Pelat X dan Y membentuk
sebuah kapasitor varibel. Jika X dan Y dihubungkan dengan titik-titik yang
potensialnya
berlawanan (Vab), maka antara X dan Y akan terjadi gaya tarikmenarik; karena X dan Y mempunyai muatan yang sama besarnya, tetapi
berlawanan (hukum
coulomb).
Gaya
yang terjadi ini dibuat sedemikian
rupa hingga bisa menimbulkan Momen (momen putar) yang digunakan
untuk menggerakkan jarum pada pelat X ke kanan. Jika harga Vab semakin
besar,
maka
muatan kapasitor
semakin
bertambah; dengan
bertambahnya muatan ini akan
menyebabkan
gaya
tarik menarik
menjadi
besar
pula, sehingga jarum akan bergerak ke kanan.
Momen
putar
yang disebabkan oleh gaya tersebut akan dilawan oleh gaya reaksi
dari pegas. Apabila Momen dari kedua gaya ini sudah sama/seimbang, maka
jarum
yang
berada
pada pelat X akan berhenti pada skala yang
menunjukkan harga Vab. Untuk
menentukan
Momen (momen putar)
yang dibangkitkan oleh tegangan yang masuk adalah sebagai berikut : misal
simpangan jarum adalah , jika C adalah kapasitansi pada posisi tersimpang,
maka muatan instrumen akan menjadi CV coulomb. Dimisalkan tegangannya
berubah dari V menjadi V + dV,
maka akibatnya , C, dan Q akan berubah menjadi
+ d ; C + dC dan Q +
dQ. Sekarang energi yang tersimpan dalam medan elektrostatis akan bertambah
dengan :
2
2
dE = d (1/2 CV ) = 1/2 V . dC + CV . dV joule ……. (1 - 14 )
Keterangan :
dE : Energi yang tersimpan
CV : Muatan instrumen
Jika T adalah besarnya Momen pengontral terhadap simpangan
tambahan energi yang tersimpan pada pengontrol ini
adalah :
T x d joule. Jadi energi total tambahannya adalah :
Txd
, maka besarnya
2
+ 1/2 V . dC + CV . dV joule ……………… ( 1 – 15)
Dari sini terlitlat bahwa selama teriadi
mensupply muatan sebesar dQ
pada potensial V.
perubahan,
sumbernya
Besar energi yang disupplykan = V x dQ
= V x d(CV)
= V2 x dC + CV.dV joule . (1 -16)
Padahal energi supply harus sama dengan energi extra yang tersimpan di
dalam medan dan
pengontrol, maka persamaan 1 -15 dan 1 -16 akan didapatkan :
2
2
T x d + ½ V . dC + CV . dV = V . dC + CV . dV T x d = ½
2
V . dC
2
T = ½V . dC/d Newton meter ………………….. (1 – 17)
Ternyata Momen yang diperoleh sebanding dengan kuadrat tegangan yang
diukur, baik dc
maupun ac. Tetapi untuk ac, skala pembacaannya adalah harga rms- nya.
1. Amperemeter
Amperemeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik baik
untuk listrik DC maupun AC yang ada dalam rangkaian tertutup. Amperemeter
biasanya dipasang berderet dengan elemen listrik. Cara menggunakannya
adalah dengan menyisipkan amperemeter secara langsung ke rangkaian.
Ampermeter
Ampermeter posisi nol di tengah
2. Voltmeter
Voltmeter adalah alat/perkakas untuk mengukur besar tegangan listrik dalam
suatu rangkaian listrik. Voltmeter disusun secara paralel terhadap letak
komponen yang diukur dalam rangkaian. Alat ini terdiri dari tiga buah
lempengan tembaga yang terpasang pada sebuah bakelite yang dirangkai dalam
sebuah tabung kaca atau plastik. Lempengan luar berperan sebagai anode
sedangkan yang di tengah sebagai katode. Umumnya tabung tersebut berukuran
15 x 10cm (tinggi x diameter).
Voltmeter
3. Ohm-meter
Ohm-meter adalah alat untuk mengukur hambatan listrik, yaitu daya untuk
menahan mengalirnya arus listrik dalam suatu konduktor. Besarnya satuan
hambatan yang diukur oleh alat ini dinyatakan dalam ohm. Alat ohm-meter ini
menggunakan galvanometer untuk mengukur besarnya arus listrik yang lewat
pada suatu hambatan listrik (R), yang kemudian dikalibrasikan ke satuan ohm.
Ohm-meter
4. Multitester Analog/Digital
Multimeter adalah alat untuk mngukur listrik yang sering dikenal sebagai VOAM
(VolT, Ohm, Ampere meter) yang dapat mengukur tegangan (voltmeter),
hambatan (ohm-meter), maupun arus (amper-meter). Ada dua kategori
multimeter: multimeter digital atau DMM (digital multi-meter)(untuk yang baru
dan lebih akurat hasil pengukurannya), dan multimeter analog. Masing-masing
kategori dapat mengukur listrik AC, maupun listrik DC.
Multitester Digital
Multitester Analog
5. Oscilloscope
Oscilloscope/osiloskop adalah alat ukur elektronika yang berfungsi
memproyeksikan bentuk sinyal listrik agar dapat dilihat dan dipelajari. Osiloskop
dilengkapi dengan tabung sinar katode. Peranti pemancar elektron
memproyeksikan sorotan elektron ke layar tabung sinar katode. Sorotan elektron
membekas pada layar. Suatu rangkaian khusus dalam osiloskop menyebabkan
sorotan bergerak berulang-ulang dari kiri ke kanan. Pengulangan ini
menyebabkan bentuk sinyal kontinyu sehingga dapat dipelajari.
osiloskop
6. Generator fungsi
Generator fungsi adalah alat ukur yang digunakan sebagai sumber pemicu yang
diperlukan, merupakan bagian dari peralatan (software) uji coba elektronik yang
digunakan untuk menciptakan gelombang listrik. Gelombang ini bisa berulangulang atau satu kali.
Generator fungsi
Generator fungsi analog umumnya menghasilkan gelombang segitiga sebagai
dasar dari semua outputnya. Segitiga ini dihasilkan oleh kapasitor yang dimuat
dan dilepas secara berulang-ulang dari sumber arus konstan.
Tipe lain dari generator fungsi adalah sub-sistem yang menyediakan output
sebanding terhadap beberapa input. Contohnya, output berbentuk
kesebandingan dengan akar kuadrat dari input. Alat seperti itu digunakan dalam
sistem pengendali umpan dan komputer analog.
7. Cos phi meter (Cos φ)
Alat ini digunakan untuk mengetahui, besarnya factor kerja (power factor) yang
merupakan beda fase antara tegangan dan arus. Cara penyambungan adalah
tidak berbeda dengan watt meter sebagaiman gambar dibawah ini :
Cos phi meter banyak digunakan dan terpasang pada :
•
Panel pengukuran mesin pembangkit
•
Panel gardu hubung gardu induk
•
Alat pengujian, alat penerangan, dan lain-lain.
8. Frekuensi Meter
Frekuensi meter digunakan untuk mengetahui frekwensi atau gelombang
sinusoidal arus bolak balik yg merupakan jumlah siklus gelombang sinusoidal
tersebut perdetiknya ( cycle / second )
9. Watt Meter
Alat ukur ini untuk mengetahui besarnya daya nyata (daya aktif). Pada watt
meter terdapat spoel/belitan arus dan spoel / belitan tegangan, sehingga cara
penyambungan watt pada umumnya merupakan kombinasi cara penyambungan
volt meter dan ampere meter sebagaimana pada gambar dibawah ini :
Jenis lain dari watt meter berdasarkan besarannya adalah :
•
KW – meter (kilo watt meter)
•
MW – meter (mega watt meter)
Alat untuk mengukur daya pada beban atau pada rangkaian daya itu adalah
nilai-nilai rata-rata dari perkalian e. i , yaitu nilai sesaat dari tegangan dan arus
pada beban atau rangkaian tersebut
Rangkaian potensial wattmeter dibuat bersifat resistip, sehingga arus dan
tegangan pada rangkaian tersebut iV satu fasa dengan e karena Zv = Rv
10. kWH meter
kWH meter dugunakan untuk mengukur energi listrik yang menentukan besar
kecilnya rekening listrik pemakai.
Mengingat sangat pentingnya arti kwh meter, baik bagi PLN maupun sipemakai
maka perlu diperhatikan benar² cara penyambungannya.
11. MEGGER
Megger digunakan untuk mengukur tahanan isolasi dari alat-alat listrik atau
instalasi-instalasi tenaga listrik misalnya : kabel ,trafo , OCB, Jaring SUTM dll,.
Tegangan alat ukur ini umumnya tegangan Tinggi arus searah yg besarnya
berkisar 500 s/ 10.000 Volt
Tegangan megger dipilih berdasar tegangan kerja daripada sistem tegangan
kerja peralatan atau instalasi yang akan diuji
Hasil pengujian ditetapkan bahwa harga penahan isolasi minimum = 1000 X
tegangan kerja peralatan yang akan diuji
Gambar rangkaian dasar megger adalah seperti berikut :
Megger banyak digunakan petugas dalam mengukur tahanan isolasi pada :
•
Kabel instalasi pada rumah-rumah / bangunan
•
Kabel tegangan rendah
•
Kabel tegangan tinggi
Transformator, OCB dan peralatan listrik lainnya
12. Elektrometer
Elektrometer adalah alat pengukur muatan listrik atau beda potensial listrik.
Jenis elektrometer bervariasi, mulai dari buatan tangan hingga perangkat
elektronik dengan ketepatan tinggi. Elektrometer modern yang berdasarkan
pada teknologi tabung hampa atau fase padat (solid state) dapat digunakan
untuk mengukur arus listrik yang sangat kecil hingga
1 femtoamper. Elektroskop adalah alat sejenis yang lebih sederhana, yang
bekerja berdasarkan prinsip yang serupa, tapi hanya menunjukkan besaran
relatif voltase atau muatan listrik.
13. Oscilloscope
Secara umum osiloskop berfungsi untuk menganalisa tingkah laku besaran yang
berubah-ubah terhadap waktu yang ditampilkan pada layar, untuk melihat
bentuk sinyal yang sedang diamati.
Dengan Osiloskop maka kita dapat mengetahui berapa frekuensi, periode dan
tegangan dari sinyal. Dengan sedikit penyetelan kita juga bisa mengetahui beda
fasa antara sinyal masukan dan sinyal keluaran. Ada beberapa kegunaan
osiloskop lainnya, yaitu:
•
Mengukur besar tegangan listrik dan hubungannya terhadap waktu.
•
Mengukur frekuensi sinyal yang berosilasi.
•
Mengecek jalannya suatu sinyal pada sebuah rangakaian listrik.
•
Membedakan arus AC dengan arus DC.
•
Mengecek noise pada sebuah rangkaian listrik dan hubungannya terhadap
waktu.
Osiloskop terdiri dari dua bagian utama yaitu display dan panel kontrol. Display
menyerupai tampilan layar televisi hanya saja tidak berwarna warni dan
berfungsi sebagai tempat sinyal uji ditampilkan. Pada layar ini terdapat garisgaris melintang secara vertikal dan horizontal yang membentuk kotak-kotak dan
disebut div. Arah horizontal mewakili sumbu waktu dan garis vertikal mewakili
sumbu tegangan. Panel kontrol berisi tombol-tombol yang bisa digunakan untuk
menyesuaikan tampilan di layar.
Pada umumnya osiloskop terdiri dari dua kanal yang bisa digunakan untuk
melihat dua sinyal yang berlainan, sebagai contoh kanal satu untuk melihat
sinyal masukan dan kanal dua untuk melihat sinyal keluaran.
Ada beberapa jenis tegangan gelombang yang akan diperlihatkan pada layar
monitor osiloskop, yaitu:
1.
Gelombang sinusoida
2.
Gelombang blok
3.
Gelombang gigi gergaji
4.
Gelombang segitiga.
Untuk dapat menggunakan osiloskop, harus bisa memahami tombol-tombol yang
ada pada pesawat perangkat ini, seperti telah diutarakan diatas.
Secara umum osiloskop hanya untuk circuit osilator ( VCO ) disemua perangkat
yg menggunakan rangkaian VCO. Walau sudah berpengalaman dalam hal
menggunakan osiloskop, kita harus mempelajari tombol instruksi dari pabrik yg
mengeluarkan alat itu. Cara menghitung frequency tiap detik. Dengan rumus sbb
; F = 1/T, dimana F = freq dan T = waktu. Untuk menggunakan osiloskop
haruslah berhati-hati, bila terjadi kesalahan sangat fatal akibatnya.
13.1 Prinsip Kerja Osiloskop
Prinsip kerja osiloskop yaitu menggunakan layar katoda. Dalam osiloskop
terdapat tabung panjang yang disebut tabung sinar katode atau Cathode Ray
Tube (CRT). Secara prinsip kerjanya ada dua tipe osiloskop, yakni tipe analog
(ART - analog real time oscilloscope) dan tipe digital (DSO-digital storage
osciloscope), masing-masing memiliki kelebihan dan keterbatasan. Para insinyur,
teknisi maupun praktisi yang bekerja di laboratorium perlu mencermati karakter
masing-masing agar dapat memilih dengan tepat osiloskop mana yang
sebaiknya digunakan dalam kasus-kasus tertentu yang berkaitan dengan
rangkaian elektronik yang sedang diperiksa atau diuji kinerjanya.
13.1.1
Osiloskop Analog
Osiloskop analog menggunakan tegangan yang diukur untuk menggerakkan
berkas electron dalam tabung sesuai bentuk gambar yang diukur. Pada layar
osiloskop langsung ditampilkan bentuk gelombang tersebut.
Osiloskop tipe waktu nyata analog (ART) menggambar bentuk-bentuk
gelombang listrik dengan melalui gerakan pancaran elektron (electron beam)
dalam sebuah tabung sinar katoda (CRT -cathode ray tube) dari kiri ke kanan.
Osiloskop analog pada prinsipnya memiliki keunggulan seperti; harganya relatif
lebih murah daripada osiloskop digital, sifatnya yang realtime dan
pengaturannya yang mudah dilakukan karena tidak ada tundaan antara
gelombang yang sedang dilihat dengan peragaan di layar, serta mampu
meragakan bentuk yang lebih baik seperti yang diharapkan untuk melihat
gelombang-gelombang yang kompleks, misalnya sinyal video di TV dan sinyal RF
yang dimodulasi amplitudo. Keterbatasanya adalah tidak dapat menangkap
bagian gelombang sebelum terjadinya event picu serta adanya kedipan (flicker)
pada layar untuk gelombang yang frekuensinya rendah (sekitar 10-20 Hz).
Keterbatasan osiloskop analog tersebut dapat diatasi oleh osiloskop digital.
Sebagai contoh keseluruhan bidang skala pada Gambar 3 dapat ditutup semua
menjadi daerah yang dapat dilihat oleh mata, misalnya dengan DSO dari
Hewlett-Packard HP 54600. Pada gambar ditunjukkan diagram blok sederhana
suatu osiloskop analog.
13.1.2 Osiloskop Digital
Osiloskop digital mencuplik bentuk gelombang yang diukur dan dengan
menggunakan ADC (Analog to Digital Converter) untuk mengubah besaran
tegangan yang dicuplik menjadi besaran digital.
Dalam osiloskop digital, gelombang yang akan ditampilkan lebih dulu disampling
(dicuplik) dan didigitalisasikan. Osiloskop kemudian menyimpan nilai-nilai
tegangan ini bersama sama dengan skala waktu gelombangnya di memori. Pada
prinsipnya, osiloskop digital hanya mencuplik dan menyimpan demikian banyak
nilai dan kemudian berhenti. Ia mengulang proses ini lagi dan lagi sampai
dihentikan. Beberapa DSO memungkinkan untuk memilih jumlah cuplikan yang
disimpan dalam memori per akuisisi (pengambilan) gelombang yang akan
diukur.
Osiloskop digital memberikan kemampuan ekstensif, kemudahan tugas-tugas
akuisisi gelombang dan pengukurannya. Penyimpanan gelombang membantu
para insinyur dan teknisi dapat menangkap dan menganalisa aktivitas sinyal
yang penting. Jika kemampuan teknik pemicuannya tinggi secara efisien dapat
menemukan adanya keanehan atau kondisi-kondisi khusus dari gelombang yang
sedang diukur.
14. Galvanometer
Galvanometer adalah alat ukur listrik yang digunakn untuk mengukur kuat arus
dan beda potensial listrik yang relatif kecil. Galvanometer tidak dapat digunakan
untuk mengukur kuat arus maupun beda potensial listrik yang relatif besar,
karena komponen-komponen internalnya yang tidak mendukung . Galvanometer
bisa digunakan untuk mengukur kuat arus maupun beda potensial listrik yang
besar, jika pada galvanometer tersebut dipasang hambatan eksternal (pada
voltmeter disebut hambatan depan, sedangkan pada ampermeter disebut
hambatan shunt)
15. Earth Test Meter (Grounding Tester)
Tester grounding atau Earth Tester Meter menjadi perangkat utama dalam
pemasangan penangkal petir yakni untuk pengujian kelayakan grounding
penangkal petir , selain itu alat ini berfungsi untuk mengukur dan mengetahui
seberapa besar tahanan sebaran tanah pada daerah tersebut dan berapa nilai
tahanan tanah yang didapatkan.
Tahanan Sebaran Grounding haruslah diketahui dengan satuan Ohm , perangkat
test yang digunakan serupa dengan Ohm Meter elektronik akan tetapi kerja
perangkatnya dengan kemampuan daya tembus tanah yang besar dan
dilengkapi 2 colokan ( anoda).
Proses netralisasi tanah atas muatan listrik yang di buang di sebuah grounding
menyebar dalam radius 2 meter – semakin jauh akan semakin habis
ternetralkan. Bila grounding yang kita buat menyatu dengan baik ke tanah maka
proses netralisasi muatan akan sangat cepat dan baik tapi bila kurang baik maka
akan terjadi perlambatan proses netralisasinya.
Karena muatan listrik yang terkandung didalam petir sangat besar maka jarak
penetralan grounding sejauh 6 mtr dari titik grounding sudah di anggap habis
dan netral .
PENGUKURAN LISTRIK
MACAM-MACAM UKUR LISTRIK BERDASARKAN
PRINSIP KERJA
NAMA
: REZA MALIKI AKBAR
NO. ABSEN : 34
AE MECHATRONICS
D1 POLMAN BANDUNG
2013
1.1 Macam-macam Alat Ukur Penunjuk Listrik
Alat ukur listrik yang biasa dipergunakan dalam pengukuran ditunjukkan
pada tabel 1 yang meliputi
: jenis,
tanda
gambar, prinsip kerja,
penggunaan, daerah kerja penggunaan, dan kebutuhan daya.
Tabel 1.1 Beberapa contoh alat ukur penunjuk listrik
No
Jenis
1
2
1 Kumpa
ran
putar
Tanda Prinsip Kerja Peng Conto
guna
h
Gamb
an
ar
3
M
2 Penyear
ah
R
3 Termo
Mome
n
4
5
Besi
Putar
Elek
tro
dina
mo
met
er
6 Induksi
T
S
D
D
4
Gaya
elektro
magnetik
antar
medan
Kombinasi
suatu
pengubah
memakai
penyearah
semi
Kombinasi
suatu
pengubah
memakai
Gaya
elektro
magnetik
yang
bekerja
pada suatu
Gaya
elektro
magnetik
yang
bekerja
pada suatu
Gaya
elektro
magnetik
yang
ditimbulka
n oleh
medan
5
DC
Daerah Kerja dan
Daya
Penggunaan
Arus Tegang Fre
an
ku
6
7
8
9
10
AVO 1,5 x 10-6 10- Kecil
~102 2~10-3
AVOF
5 x 10-4 1~103 < Kecil
104
~10-1
AC AVW
Efekti
f
DC
AC
AV
Efekti
f
DC
10-3 ~5 5x10 -1 < Kecil
~
103
1,5x10
2
-2
10~10
B = k . I1
Td = N . k . Il . I2 . l . b Nm ……………………….. ( 1 - 9 )
Keterangan :
Td : Momen Putar
N : Banyaknya lilitan
l : panjang kumparan b : lebar
kumparan
Besarnya N, k, 1, dan b adalah konstan,
bila
besaran-besaran
Td = Kl . Il . I2 …………… ( 1 - 10 ) Dari
persamaan 1-10 terlihat
bahwa besarriya momen putar adalah berbanding lurus terhadap hasil kali
arus yang mengalir melalui
kumparan
tetap
dantersebut dinyatakan
dengan K1, maka :
kumparan putar. Pada kumparan putar ini spring kontrol (pegas pengatur), maka
Momen pengontrol/pemulih akan berbanding lurus terhadap simpangan ; maka
:
Kl . I1 . I2 = K2 . ~ I1 . I2
……………………………………………………. ( 1 - 11 )
Apabila instrumen digunakan sebagai ammeter, maka arus
yang melalui kumparan tetap dan kumparan putar besarnya sama. Jika I1 = I2 =
I, maka : ~ I2
I ~ v ............................................................... ( 1 - 12 )
digunakan untuk mengukur arus yang kecil, sedangkan Gambar 1- 22b
digunakan untuk mengukur arus yang besar, Rsh dipasang guna membatasi
besarnya arus yang melalui kumparan putar.
Gambar 1 - 23
Rangkaian voltmeter elektrodinamis
Apabila instrumen tersebut digunakan sebagai voltmeter, maka kumparan
tetap F dan
kumparan putar M dihubungkan seri dengan tahanan tinggi (RS). Besarnya I1
= 12 = I, adalah
2
2 ~ V.V --- > ~ V
V ~ v …………(1 - 13)
Alat ukur elektrodinamis bila digunakan untuk arus bolak-balik biasanya skala
dikalibrasi dalam akar kuadrat arus rata-rata, berarti alat ukur membaca nilai
effektip. Dengan demikian jika alat ukur elektrodinamis dikalibrasi untuk arus
searah 1 A pada skala diberi tanda yang menyatakan nilai 1 A, maka untuk arus
bolak-balik akan menyebabkan jarum menyimpang ke tanda skala untuk I A dc
dan memiliki nilai effektip sebesar 1 A. Jadi pembacaan yang dihasilkan oleh
arus searah dapat dialihkan ke nilai arus bolak-balik yang sesuai, karena
itu menetapkan hubungan antara AC dan DC. Artinya alat ukur ini dapat
digunakan untuk membaca arus AC dan DC dengan skala yang
sama.
1.1.4. Alat Ukur Elektrostatis
Alat ukur elektrostatis banyak dipergunakan sebagai alat ukur tegangan
(volt meter)
untuk arus bolak-balik maupun arus searah, khususnya
dipergunakan pada alat ukur tegangan tinggi. Pada dasarnya kerja alat ukur ini
adalah gaya tarik antara muatan-muatan listrik dari dua buah pelat dengan beda
tegangan yang tetap. Gaya ini
akan menimbulkan Momen penyimpang, bila beda tegangan ini kecil, maka gaya
ini akan kecil sekali. Mekanisme dari alat ukur elektrostatis ini mirip dengan
sebuah capasitor variabel; yang mana tingkah lakunya bergantung pada reaksi
antara dua benda bemuatan listrik (hukum coulomb).
Gambar 1 – 24 Skema voltmeter elektrostatis
Gaya yang merupakan hasil interaksi tersebut, pada alat ukur ini
dimanfaatkan untuk penggerak jarum penunjuk. Salah satu konfigurasi dasar alat
ukur elektrostatis diperlihatkan gambar 1-24. Pelat X dan Y membentuk
sebuah kapasitor varibel. Jika X dan Y dihubungkan dengan titik-titik yang
potensialnya
berlawanan (Vab), maka antara X dan Y akan terjadi gaya tarikmenarik; karena X dan Y mempunyai muatan yang sama besarnya, tetapi
berlawanan (hukum
coulomb).
Gaya
yang terjadi ini dibuat sedemikian
rupa hingga bisa menimbulkan Momen (momen putar) yang digunakan
untuk menggerakkan jarum pada pelat X ke kanan. Jika harga Vab semakin
besar,
maka
muatan kapasitor
semakin
bertambah; dengan
bertambahnya muatan ini akan
menyebabkan
gaya
tarik menarik
menjadi
besar
pula, sehingga jarum akan bergerak ke kanan.
Momen
putar
yang disebabkan oleh gaya tersebut akan dilawan oleh gaya reaksi
dari pegas. Apabila Momen dari kedua gaya ini sudah sama/seimbang, maka
jarum
yang
berada
pada pelat X akan berhenti pada skala yang
menunjukkan harga Vab. Untuk
menentukan
Momen (momen putar)
yang dibangkitkan oleh tegangan yang masuk adalah sebagai berikut : misal
simpangan jarum adalah , jika C adalah kapasitansi pada posisi tersimpang,
maka muatan instrumen akan menjadi CV coulomb. Dimisalkan tegangannya
berubah dari V menjadi V + dV,
maka akibatnya , C, dan Q akan berubah menjadi
+ d ; C + dC dan Q +
dQ. Sekarang energi yang tersimpan dalam medan elektrostatis akan bertambah
dengan :
2
2
dE = d (1/2 CV ) = 1/2 V . dC + CV . dV joule ……. (1 - 14 )
Keterangan :
dE : Energi yang tersimpan
CV : Muatan instrumen
Jika T adalah besarnya Momen pengontral terhadap simpangan
tambahan energi yang tersimpan pada pengontrol ini
adalah :
T x d joule. Jadi energi total tambahannya adalah :
Txd
, maka besarnya
2
+ 1/2 V . dC + CV . dV joule ……………… ( 1 – 15)
Dari sini terlitlat bahwa selama teriadi
mensupply muatan sebesar dQ
pada potensial V.
perubahan,
sumbernya
Besar energi yang disupplykan = V x dQ
= V x d(CV)
= V2 x dC + CV.dV joule . (1 -16)
Padahal energi supply harus sama dengan energi extra yang tersimpan di
dalam medan dan
pengontrol, maka persamaan 1 -15 dan 1 -16 akan didapatkan :
2
2
T x d + ½ V . dC + CV . dV = V . dC + CV . dV T x d = ½
2
V . dC
2
T = ½V . dC/d Newton meter ………………….. (1 – 17)
Ternyata Momen yang diperoleh sebanding dengan kuadrat tegangan yang
diukur, baik dc
maupun ac. Tetapi untuk ac, skala pembacaannya adalah harga rms- nya.
1. Amperemeter
Amperemeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik baik
untuk listrik DC maupun AC yang ada dalam rangkaian tertutup. Amperemeter
biasanya dipasang berderet dengan elemen listrik. Cara menggunakannya
adalah dengan menyisipkan amperemeter secara langsung ke rangkaian.
Ampermeter
Ampermeter posisi nol di tengah
2. Voltmeter
Voltmeter adalah alat/perkakas untuk mengukur besar tegangan listrik dalam
suatu rangkaian listrik. Voltmeter disusun secara paralel terhadap letak
komponen yang diukur dalam rangkaian. Alat ini terdiri dari tiga buah
lempengan tembaga yang terpasang pada sebuah bakelite yang dirangkai dalam
sebuah tabung kaca atau plastik. Lempengan luar berperan sebagai anode
sedangkan yang di tengah sebagai katode. Umumnya tabung tersebut berukuran
15 x 10cm (tinggi x diameter).
Voltmeter
3. Ohm-meter
Ohm-meter adalah alat untuk mengukur hambatan listrik, yaitu daya untuk
menahan mengalirnya arus listrik dalam suatu konduktor. Besarnya satuan
hambatan yang diukur oleh alat ini dinyatakan dalam ohm. Alat ohm-meter ini
menggunakan galvanometer untuk mengukur besarnya arus listrik yang lewat
pada suatu hambatan listrik (R), yang kemudian dikalibrasikan ke satuan ohm.
Ohm-meter
4. Multitester Analog/Digital
Multimeter adalah alat untuk mngukur listrik yang sering dikenal sebagai VOAM
(VolT, Ohm, Ampere meter) yang dapat mengukur tegangan (voltmeter),
hambatan (ohm-meter), maupun arus (amper-meter). Ada dua kategori
multimeter: multimeter digital atau DMM (digital multi-meter)(untuk yang baru
dan lebih akurat hasil pengukurannya), dan multimeter analog. Masing-masing
kategori dapat mengukur listrik AC, maupun listrik DC.
Multitester Digital
Multitester Analog
5. Oscilloscope
Oscilloscope/osiloskop adalah alat ukur elektronika yang berfungsi
memproyeksikan bentuk sinyal listrik agar dapat dilihat dan dipelajari. Osiloskop
dilengkapi dengan tabung sinar katode. Peranti pemancar elektron
memproyeksikan sorotan elektron ke layar tabung sinar katode. Sorotan elektron
membekas pada layar. Suatu rangkaian khusus dalam osiloskop menyebabkan
sorotan bergerak berulang-ulang dari kiri ke kanan. Pengulangan ini
menyebabkan bentuk sinyal kontinyu sehingga dapat dipelajari.
osiloskop
6. Generator fungsi
Generator fungsi adalah alat ukur yang digunakan sebagai sumber pemicu yang
diperlukan, merupakan bagian dari peralatan (software) uji coba elektronik yang
digunakan untuk menciptakan gelombang listrik. Gelombang ini bisa berulangulang atau satu kali.
Generator fungsi
Generator fungsi analog umumnya menghasilkan gelombang segitiga sebagai
dasar dari semua outputnya. Segitiga ini dihasilkan oleh kapasitor yang dimuat
dan dilepas secara berulang-ulang dari sumber arus konstan.
Tipe lain dari generator fungsi adalah sub-sistem yang menyediakan output
sebanding terhadap beberapa input. Contohnya, output berbentuk
kesebandingan dengan akar kuadrat dari input. Alat seperti itu digunakan dalam
sistem pengendali umpan dan komputer analog.
7. Cos phi meter (Cos φ)
Alat ini digunakan untuk mengetahui, besarnya factor kerja (power factor) yang
merupakan beda fase antara tegangan dan arus. Cara penyambungan adalah
tidak berbeda dengan watt meter sebagaiman gambar dibawah ini :
Cos phi meter banyak digunakan dan terpasang pada :
•
Panel pengukuran mesin pembangkit
•
Panel gardu hubung gardu induk
•
Alat pengujian, alat penerangan, dan lain-lain.
8. Frekuensi Meter
Frekuensi meter digunakan untuk mengetahui frekwensi atau gelombang
sinusoidal arus bolak balik yg merupakan jumlah siklus gelombang sinusoidal
tersebut perdetiknya ( cycle / second )
9. Watt Meter
Alat ukur ini untuk mengetahui besarnya daya nyata (daya aktif). Pada watt
meter terdapat spoel/belitan arus dan spoel / belitan tegangan, sehingga cara
penyambungan watt pada umumnya merupakan kombinasi cara penyambungan
volt meter dan ampere meter sebagaimana pada gambar dibawah ini :
Jenis lain dari watt meter berdasarkan besarannya adalah :
•
KW – meter (kilo watt meter)
•
MW – meter (mega watt meter)
Alat untuk mengukur daya pada beban atau pada rangkaian daya itu adalah
nilai-nilai rata-rata dari perkalian e. i , yaitu nilai sesaat dari tegangan dan arus
pada beban atau rangkaian tersebut
Rangkaian potensial wattmeter dibuat bersifat resistip, sehingga arus dan
tegangan pada rangkaian tersebut iV satu fasa dengan e karena Zv = Rv
10. kWH meter
kWH meter dugunakan untuk mengukur energi listrik yang menentukan besar
kecilnya rekening listrik pemakai.
Mengingat sangat pentingnya arti kwh meter, baik bagi PLN maupun sipemakai
maka perlu diperhatikan benar² cara penyambungannya.
11. MEGGER
Megger digunakan untuk mengukur tahanan isolasi dari alat-alat listrik atau
instalasi-instalasi tenaga listrik misalnya : kabel ,trafo , OCB, Jaring SUTM dll,.
Tegangan alat ukur ini umumnya tegangan Tinggi arus searah yg besarnya
berkisar 500 s/ 10.000 Volt
Tegangan megger dipilih berdasar tegangan kerja daripada sistem tegangan
kerja peralatan atau instalasi yang akan diuji
Hasil pengujian ditetapkan bahwa harga penahan isolasi minimum = 1000 X
tegangan kerja peralatan yang akan diuji
Gambar rangkaian dasar megger adalah seperti berikut :
Megger banyak digunakan petugas dalam mengukur tahanan isolasi pada :
•
Kabel instalasi pada rumah-rumah / bangunan
•
Kabel tegangan rendah
•
Kabel tegangan tinggi
Transformator, OCB dan peralatan listrik lainnya
12. Elektrometer
Elektrometer adalah alat pengukur muatan listrik atau beda potensial listrik.
Jenis elektrometer bervariasi, mulai dari buatan tangan hingga perangkat
elektronik dengan ketepatan tinggi. Elektrometer modern yang berdasarkan
pada teknologi tabung hampa atau fase padat (solid state) dapat digunakan
untuk mengukur arus listrik yang sangat kecil hingga
1 femtoamper. Elektroskop adalah alat sejenis yang lebih sederhana, yang
bekerja berdasarkan prinsip yang serupa, tapi hanya menunjukkan besaran
relatif voltase atau muatan listrik.
13. Oscilloscope
Secara umum osiloskop berfungsi untuk menganalisa tingkah laku besaran yang
berubah-ubah terhadap waktu yang ditampilkan pada layar, untuk melihat
bentuk sinyal yang sedang diamati.
Dengan Osiloskop maka kita dapat mengetahui berapa frekuensi, periode dan
tegangan dari sinyal. Dengan sedikit penyetelan kita juga bisa mengetahui beda
fasa antara sinyal masukan dan sinyal keluaran. Ada beberapa kegunaan
osiloskop lainnya, yaitu:
•
Mengukur besar tegangan listrik dan hubungannya terhadap waktu.
•
Mengukur frekuensi sinyal yang berosilasi.
•
Mengecek jalannya suatu sinyal pada sebuah rangakaian listrik.
•
Membedakan arus AC dengan arus DC.
•
Mengecek noise pada sebuah rangkaian listrik dan hubungannya terhadap
waktu.
Osiloskop terdiri dari dua bagian utama yaitu display dan panel kontrol. Display
menyerupai tampilan layar televisi hanya saja tidak berwarna warni dan
berfungsi sebagai tempat sinyal uji ditampilkan. Pada layar ini terdapat garisgaris melintang secara vertikal dan horizontal yang membentuk kotak-kotak dan
disebut div. Arah horizontal mewakili sumbu waktu dan garis vertikal mewakili
sumbu tegangan. Panel kontrol berisi tombol-tombol yang bisa digunakan untuk
menyesuaikan tampilan di layar.
Pada umumnya osiloskop terdiri dari dua kanal yang bisa digunakan untuk
melihat dua sinyal yang berlainan, sebagai contoh kanal satu untuk melihat
sinyal masukan dan kanal dua untuk melihat sinyal keluaran.
Ada beberapa jenis tegangan gelombang yang akan diperlihatkan pada layar
monitor osiloskop, yaitu:
1.
Gelombang sinusoida
2.
Gelombang blok
3.
Gelombang gigi gergaji
4.
Gelombang segitiga.
Untuk dapat menggunakan osiloskop, harus bisa memahami tombol-tombol yang
ada pada pesawat perangkat ini, seperti telah diutarakan diatas.
Secara umum osiloskop hanya untuk circuit osilator ( VCO ) disemua perangkat
yg menggunakan rangkaian VCO. Walau sudah berpengalaman dalam hal
menggunakan osiloskop, kita harus mempelajari tombol instruksi dari pabrik yg
mengeluarkan alat itu. Cara menghitung frequency tiap detik. Dengan rumus sbb
; F = 1/T, dimana F = freq dan T = waktu. Untuk menggunakan osiloskop
haruslah berhati-hati, bila terjadi kesalahan sangat fatal akibatnya.
13.1 Prinsip Kerja Osiloskop
Prinsip kerja osiloskop yaitu menggunakan layar katoda. Dalam osiloskop
terdapat tabung panjang yang disebut tabung sinar katode atau Cathode Ray
Tube (CRT). Secara prinsip kerjanya ada dua tipe osiloskop, yakni tipe analog
(ART - analog real time oscilloscope) dan tipe digital (DSO-digital storage
osciloscope), masing-masing memiliki kelebihan dan keterbatasan. Para insinyur,
teknisi maupun praktisi yang bekerja di laboratorium perlu mencermati karakter
masing-masing agar dapat memilih dengan tepat osiloskop mana yang
sebaiknya digunakan dalam kasus-kasus tertentu yang berkaitan dengan
rangkaian elektronik yang sedang diperiksa atau diuji kinerjanya.
13.1.1
Osiloskop Analog
Osiloskop analog menggunakan tegangan yang diukur untuk menggerakkan
berkas electron dalam tabung sesuai bentuk gambar yang diukur. Pada layar
osiloskop langsung ditampilkan bentuk gelombang tersebut.
Osiloskop tipe waktu nyata analog (ART) menggambar bentuk-bentuk
gelombang listrik dengan melalui gerakan pancaran elektron (electron beam)
dalam sebuah tabung sinar katoda (CRT -cathode ray tube) dari kiri ke kanan.
Osiloskop analog pada prinsipnya memiliki keunggulan seperti; harganya relatif
lebih murah daripada osiloskop digital, sifatnya yang realtime dan
pengaturannya yang mudah dilakukan karena tidak ada tundaan antara
gelombang yang sedang dilihat dengan peragaan di layar, serta mampu
meragakan bentuk yang lebih baik seperti yang diharapkan untuk melihat
gelombang-gelombang yang kompleks, misalnya sinyal video di TV dan sinyal RF
yang dimodulasi amplitudo. Keterbatasanya adalah tidak dapat menangkap
bagian gelombang sebelum terjadinya event picu serta adanya kedipan (flicker)
pada layar untuk gelombang yang frekuensinya rendah (sekitar 10-20 Hz).
Keterbatasan osiloskop analog tersebut dapat diatasi oleh osiloskop digital.
Sebagai contoh keseluruhan bidang skala pada Gambar 3 dapat ditutup semua
menjadi daerah yang dapat dilihat oleh mata, misalnya dengan DSO dari
Hewlett-Packard HP 54600. Pada gambar ditunjukkan diagram blok sederhana
suatu osiloskop analog.
13.1.2 Osiloskop Digital
Osiloskop digital mencuplik bentuk gelombang yang diukur dan dengan
menggunakan ADC (Analog to Digital Converter) untuk mengubah besaran
tegangan yang dicuplik menjadi besaran digital.
Dalam osiloskop digital, gelombang yang akan ditampilkan lebih dulu disampling
(dicuplik) dan didigitalisasikan. Osiloskop kemudian menyimpan nilai-nilai
tegangan ini bersama sama dengan skala waktu gelombangnya di memori. Pada
prinsipnya, osiloskop digital hanya mencuplik dan menyimpan demikian banyak
nilai dan kemudian berhenti. Ia mengulang proses ini lagi dan lagi sampai
dihentikan. Beberapa DSO memungkinkan untuk memilih jumlah cuplikan yang
disimpan dalam memori per akuisisi (pengambilan) gelombang yang akan
diukur.
Osiloskop digital memberikan kemampuan ekstensif, kemudahan tugas-tugas
akuisisi gelombang dan pengukurannya. Penyimpanan gelombang membantu
para insinyur dan teknisi dapat menangkap dan menganalisa aktivitas sinyal
yang penting. Jika kemampuan teknik pemicuannya tinggi secara efisien dapat
menemukan adanya keanehan atau kondisi-kondisi khusus dari gelombang yang
sedang diukur.
14. Galvanometer
Galvanometer adalah alat ukur listrik yang digunakn untuk mengukur kuat arus
dan beda potensial listrik yang relatif kecil. Galvanometer tidak dapat digunakan
untuk mengukur kuat arus maupun beda potensial listrik yang relatif besar,
karena komponen-komponen internalnya yang tidak mendukung . Galvanometer
bisa digunakan untuk mengukur kuat arus maupun beda potensial listrik yang
besar, jika pada galvanometer tersebut dipasang hambatan eksternal (pada
voltmeter disebut hambatan depan, sedangkan pada ampermeter disebut
hambatan shunt)
15. Earth Test Meter (Grounding Tester)
Tester grounding atau Earth Tester Meter menjadi perangkat utama dalam
pemasangan penangkal petir yakni untuk pengujian kelayakan grounding
penangkal petir , selain itu alat ini berfungsi untuk mengukur dan mengetahui
seberapa besar tahanan sebaran tanah pada daerah tersebut dan berapa nilai
tahanan tanah yang didapatkan.
Tahanan Sebaran Grounding haruslah diketahui dengan satuan Ohm , perangkat
test yang digunakan serupa dengan Ohm Meter elektronik akan tetapi kerja
perangkatnya dengan kemampuan daya tembus tanah yang besar dan
dilengkapi 2 colokan ( anoda).
Proses netralisasi tanah atas muatan listrik yang di buang di sebuah grounding
menyebar dalam radius 2 meter – semakin jauh akan semakin habis
ternetralkan. Bila grounding yang kita buat menyatu dengan baik ke tanah maka
proses netralisasi muatan akan sangat cepat dan baik tapi bila kurang baik maka
akan terjadi perlambatan proses netralisasinya.
Karena muatan listrik yang terkandung didalam petir sangat besar maka jarak
penetralan grounding sejauh 6 mtr dari titik grounding sudah di anggap habis
dan netral .