30 BAB III
KWH METER SEBAGAI ALAT UKUR ENERGI LISTRIK
3.1. Pengukuran Daya Dan Energi Listrik
Daya dalam rangkaian arus searah dapat diukur dengan bantuan voltmeter dan ampermeter. Jika V volt yang ditunjukkan oleh voltmeter dan I amper yang ditunjukkan oleh ampermeter, maka daya P pada rangkaian tersebut adalah :
P = V x I (watt) ………(3.1). Tetapi pada rangkaian arus bolak-balik dayanya dinyatakan oleh persamaan :
P = V x I x Cos (watt) ………...(3.2). dimana V dan I adalah harga effektif dari tegangan dan arus, sedangkan adalah beda sudut fasa antara tegangan V dengan arus I. Daya pada persamaan (3.2) adalah daya nyata dengan satuan watt, daya yang dinyatakan oleh persamaan (3.1) adalah daya buta dengan satuan VA.
Seperti kita ketahui, cos adalah faktor daya dari rangkaian arus bolak-balik yang didifinisikan sebagai perbandingan antara daya nyata dengan daya buta. Oleh karena adanya faktor daya inilah maka Wattmeter dipakai untuk me-ngukur daya dalam rangkaian arus bolak-balik, karena metoda voltmeter dan ampermeter tidak dapat mengukur faktor daya.
Sedangkan energi adalah hasil perkalian dari daya dan waktu, maka : Energi = daya x waktu
31
Jika V dalam volt, I dalam amper dan t dalam detik maka satuan energi adalah joule atau watt-detik. Jika satuan waktu dalam jam, maka energi dalam watt-jam, tetapi di dalam praktek satuan watt-jam ini relatif kecil, maka dalam keadaan normal kita pakai satuan Kilo-watt-jam atau disingkat KWH, artinya energi yang digunakan adalah daya rata-rata yang disalurkan sama dengan 1000 watt selama satu jam.
Jadi pada dasarnya pengukuran energi adalah pengukuran daya untuk jangka waktu tertentu, maka kWh meter juga disebut alat ukur intergrasi yang dipakai untuk mengukur banyaknya energi yang telah digunakan pada suatu rangkaian beban untuk jangka waktu tertentu.
3.1.1 Pengukuran Daya Satu Phasa.
Kejadian yang umum pada sistem arus bolak-balik adalah suatu tegangan sesaat V = Vm Sin t, menghasilkan arus sesaat i = Im Sin (t - ), dimana
adalah beda sudut fasa antara tegangan dan arus. Untuk kejadian arus ketinggalan tegangan seperti pada gambar 3.1, diperoleh :
Daya sesaat : p = v . i
= Vm Sin t . Im Sin (t - )
32 maka daya rata-rata :
P =
2 0 t d -t Sin . 2 1 t Sin I Vm m P =
2 0 t d 2 ) -t (2 Cos -t Cos 2 m mI V = = = V . I . Cos dimana : V = 2 m V = tegangan effektif I = 2 m I = arus effektifGambar 3.1. Kurva arus dan tegangan 2 0 2 -t (2 Sin -Cos 4 t I Vm m Cos 2 m mI V
33
Dari persamaan diatas terlihat bahwa suatu wattmeter satu fasa dapat langsung mengukur daya yang diserap beban, karena semua besaran tegangan, arus dan cos sudah tercakup di dalamnya. Rangkaian pengukuran dengan wattmeter satu fasa seperti gambar 3.2 di bawah ini.
Gambar 3.2. Rangkaian pengukuran dengan wattmeter satu fasa
3.1.2 Pengukuran Daya Tiga Phasa Sistem pengukuran
Sistem tiga fasa dapat terdiri dari tiga kawat fasa atau empat kawat R,S,T,N. Pengukuran daya dapat dilakukan dengan berbagai cara, antara lain :
a. Pengukuran dengan satu wattmeter tiga fasa
Pada sistem pengukuran seperti ini besarnya daya tiga fasa langsung dapat dibaca pada wattmeter. Sistem rangkaian dalam wattméter tiga fasa ini pada dasarnya memakai sistem Aron atau penjumlahan tiga wattmeter satu fasa. b. Pengukuran dengan voltmeter, ampermeter dan Cos meter.
Pengukuran seperti ini hanya dapat dilakukan khusus untuk daya yang seimbang saja, karena pada dasarnya adalah sistem pengukuran daya satu fasa.
34
c. Pengukuran dengan tiga wattmeter satu fasa.
Sistem pengukuran ini dapat dilakukan untuk tiga kawat atau empat kawat. Pada sistem tiga kawat dipakai bantuan titik normal buatan. Gambar rangkaian pengukuran ini seperti gambar 3.3, di bawah ini :
Gambar 3.3. Pengukuran daya tiga fasa, tiga kawat dengan tiga buah wattmeter.
Titik c adalah titik netral buatan. Dengan mengambil ketiga wattmeter tersebut indentik dapat diharapkan tegangan netral buatan c sama dengah netral aslinya N. Dari gambar 3.3 terlihat bahwa wattmeter 1, 2 dan 3 masing-masing mengukur data di fasa 1, 2 dan 3.
Daya yang diukur oleh masing-masing wattmeter adalah : P1 = V1 . i1
P2 = V2 . i2
35
sedangkan daya yang diserap oleh masing-masing fasa pada beban adalah : P1 = V1 . i1
P2 = V2 . i2
P3 = V3 . i3
misalkan terjadi beda tegangan antara titik c dan N sebesar v maka : P1 = (V1 – v) . i1
P2 = (V2 – v) . i2
P3 = (V3 – v) . i3
Jadi :
P1 + P2 + P3 = V1 i1 + V2 i2 + V3 i3 – v(i1 + i2 + i3)
Berdasarkan hukum Kirrchoff : i1 + i2 + i3 = 0, maka :
P1 + P2 + P3 = V1 i1 + V2 i2 + V3 i3
= P1 + P2 + P3
= P3 phasa ……… (3.4)
Untuk sistem empat kawat, rangkaian seperti Gbr. 3.4 di bawah ini :
36
Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa dalam keadaan seimbang tegangan c sama dengan N sehingga v = 0, maka dengan jalan yang sama didapat :
P3 = P1 + P2 + P3
= V1 i1 + V2 i2 + V3 i3 ………. (3.5)
d. Pengukuran dengan dua buah wattmeter satu fasa.
Metode ini lazim disebut metoda ARON, dimana tegangan yang diambil kedua wattmeter adalah tegangan fasa-fasa. Di bawah ini akan diuraikan untuk hubungan beban Y dan . Hubungan bintang (Y) seperti gambar 3.5 di bawah ini :
Gambar 3.5. Pengukuran metoda ARON hubungan bintang.
Dari gambar di atas terlihat bahwa daya yang diukur oleh masing-masing wattmeter :
Hukum Kirchoff untuk arus : i1 + i2 + i3 = 0, maka
37 Substitusi (3.7) ke (3.6) didapat
P1 + P2 = V1 i1 + V2 i2 + V3 i3
= P3 ... (3.8)
Untuk hubungan delta () seperti gambar 3.6 dibawah ini
Gambar 3.6. Pengukuran metoda ARON hubungan delta.
Daya yang diukur oleh masing-masing wattmeter. : P1 = - V3 (i1 - i3)
P2 = V2 (i2 - i1)
P1 + P2 = - V3 (i1 - i3) + V2 (i2 - i1)
= V3 i3 + V2 i2 -i1 (V2 + V3) ... (3.9)
Berdasarkan hukum Kirchoff untuk tegangan : V1 + V2 + V3 = 0, maka
38 Substitusi (3.10) ke (3.9) didapat
P3 = P1 + p2
= V3 i3 + V2 i2 + V1 i1 ...(3.11)
Pengaruh Cos terhadap pengukuran
Pengukuran cara ARON lebih effisien, karena hanya memerlukan dua buah wattmeter satu fasa. Tetapi diperlukan ketelitian dalam merangkai, khususnya polaritas arus dan tegangan. Karena bila salah dalam merangkai kemungkinan akan terjadi kesalahan pengukuran.
Untuk lebih jelas lihat diagram vektor seperti pada gambar 3.7 di bawah ini :
Gambar 3.7. Diagram vektor metoda ARON
Untuk sistem seimbang, tegangan V1 = V2 = V3 = v, tegangan fasa-fasa, V12 = V23
= V31 = 3 . V dan arus I1 = I2 = I3 = I, faktor kerja = cos .
Berdasarkan diagram vector diatas dan gambar 3.5 didapat bahwa wattmeter P1
39
tegangan V23. Sedangkan sudut antara II dan V13 = 300 - dan sudut antara I2 dan
V23 = 300 + , maka : P1 = V13 . I1 . Cos (30° - ) = 3 V . I . Cos ( 30° - ) ... (3.12) dan P2 = V23 . I2 . Cos (300 + ) = 3 V . I . Cos ( 300 + ) ... (3.13) jumlah P1 + P2 = V23 .V . I [Cos (300 - ) + cos (300 + )]
= 3 V . I . cos ……….……….(3.14) jadi daya total P3 = P1 + P2
= 3 V . I . Cos
selisih P1 - P2 = 3 V . I [cos (300- ) - Cos (300 + )]
= 3 V . I . Sin ………(3.15) Maka : Sin . I . V 3 Sin . I . V 3 2 1 2 1 P P P P = 3 tan tan = 2 1 2 1 3 P P P P
40
Jadi = arc tan 2 1 2 1 3 P P P P ……… (3.16)
* Untuk cos = 1 atau = 00, maka : P1 = 3V .I .cos(300 ) = 3V .I .cos300 = V .I 2 3 P2 = 3V .I .cos(300 ) = 3V .I .cos300 = V .I 2 3 Jadi daya tiga phasa P30 = P1 + P2
= V .I 2 3 I . V 2 3 = 3 V . I * Untuk cos = 0,5 atau = 600, maka :
P1 = 3V .I .cos(300 ) = 3V .I .cos(300 600) = V .I 2 3 P2 = 3V .I .cos(300 ) = 3V .I .cos(300 600) = 0
41 Jadi daya tiga phasa P30 = P1 + P2
= V .I 0 2 3 = V .I 2 3
Dari analisis tersebut diatas terlihat bahwa salah satu wattmeter akan menunjuk nol pada cos = 0,5.
Pengukuran Energi
Metode pengukuran energi pada dasarnya adalah sama dengan metode pengukuran daya, baik untuk satu fasa maupun tiga fasa.. Bila daya yang diukur dengan wattmeter konstan sepanjang waktu pengukuran, maka energi yang disalurkan merupakan hasil kali dari daya yang ditunjukan wattmeter dengan lamanya waktu pengukuran.
Tetapi pada umumnya daya yang diukur selalu berubah-ubah, sehingga wattmeter tidak dapat dipakai untuk mengukur besarnya energi yang telah disalurkan. Untuk itu harus dipakai alat ukur intergrasi yaitu meter KWH yang dapat mencatat besarnya daya yang diserap beban setiap saat.
Jika pencatatan meter KWH itu benar, jumlah putaran piringan atau rotor harus sebanding dengan energi, atau
N = C1 . W ………..(3.17)
Dimana : N = jumlah putaran piringan meter KWH W = besarnya energi yang disalurkan ke beban C1 = konstanta
42
Daya sesaat pada suatu rangkaian arus bolak-balik dimana energi disalurkan dinyatakan oleh persamaan :
p (t) =
dt dw
... (3.18) Sebaliknya, energi adalah intergral terhadap waktu dari daya
W =
t t p 0 dt . ) ( ……….……… (3.19)Daya nyata, P adalah harga rata dari daya sesaat p (t), bila harga rata-rata diambil pada satu periode T dari frekuensi dasarnya, maka :
P =
T t p T 0 ( ) .dt 1 ………. (3.20)Umumnya, energi adalah sebanding dengan intergral terhadap waktu dari daya sesaat, p (t) atau daya nyata, P (t), karena di dalam praktek daya adalah berubah-ubah terhadap waktu, karena itu :
W =
t p 0 dt . (t) ………..(3.21)dengan substitusi (3.21), ke (3.17), didapat :
N = C1
t
0
43
Untuk suatu beban yang tetap atau daya nyata, P konstan, energi adalah sebanding dengan waktu, atau
W = P . t
Jadi : N = C1 . P . t ………..(3.23)
Dari persamaan (3.23) dapat dilihat bahwa jumlah putaran piringan suatu meter KWH adalah sebanding dengan daya dan waktu.
3.2 Kesalahan Pengukuran Pengertian kesalahan
Keakuratan dan ke presisian suatu alat sangat tergantung pada desain, material dan kemampuan orang membuat alat ukur tersebut. Masalah yang diutamakan pada alat ukur adalah keakuratan, makin tinggi nilai akurat suatu alat makin baik alat tersebut. Akan tetapi makin akurat suatu alat makin mahal harga pembuatannya. Hal ini karena diperlukan suatu desain, material dan kemampuan pembuat yang tinggi. Sehingga bila dinilai harganya sangat mahal dan tidak ekonomis. Oleh karena itu pabrik pembuat memberikan suatu garansi terhadap nilai keakuratan suatu alat.
Perbedaan harga benar dengan harga pengukuran dinyatakan sebagai kesalahan. Sebenarnya dalam suatu pengukuran nilai kesalahan tidak sangat berarti, karena belum menyatakan tingkat keberhasilan suatu pengukuran. Harga yang paling penting adalah perbandingan nilai kesalahan tersebut terhadap nilai
44
sebenarnya. Untuk kWh meter kesalahannya dinyatakan dalam prosentase yang dirumuskan sebagai berikut :
Prosentase kesalahan = s s m W W W x 100 %
dimana : Wm = Energi yang dicatat oleh meter
Ws = Energi sebenarnya
Macam kesalahan
Dalam suatu pengukuran tidak dapat dihindari adanya kesalahan, akan tetapi harus diusahakan nilai kesalahan tersebut sekecil mungkin. Studi masalah kesalahan ini penting artinya, khususnya untuk pengukuran energi listrik.
Penjelasan mengenai kesalahan ini dapat diklasifikasikan sebagai berikut : - Kesalahan Sistematik
- Kesalahan Random.
Kesalahan Sistematik
Kesalahan sistematik dapat dibagi dalam dua katagori yaitu kesalahan alat dan kesalahan lingkungan. Kesalahan alat dapat disebabkan konfigurasi mekanik, konstruksi, kalibrasi, umur pengoperasian alat ukur dan lain-lain. Kesalahan alat ini dapat dikurangi dengan jalan :
a. Memilih peralatan yang sesuai dengan macam pengukuran yang akan dilakukan.
45
Kesalahan lingkungan merupakan kesalahan diluar alat yang disebabkan antara lain panas, tekanan, kelembaban, vibrasi, polusi, medan magnit, medan listrik dan lain-lain.
Kesalahan Random
Semua kesalahan yang tidak diketahui penyebabnya dinamakan kesalahan Random. Suatu desain pengukuran yang baik dapat mengurangi kesalahan ini, tetapi juga harus ditunjang oleh ketrampilan pelaksana dan bekerja berdasarkan standard yang berlaku.
Batas kesalahan
Bila kWh meter dalam kondisi acuan seperti tersebut pada lampiran A kesalahan prosentase tidak boleh melebihi batas seperti tersebut pada tabel 3.1 dan 3.2 untuk masing-masing kelas.
46 Tabel 3.1
Batas kesalahan prosentase
(Meter fasa tunggal dan meter fasa tiga dengan beban seimbang)
NO BESAR ARUS
FAKTOR DAYA
BATAS KESALAHAN METER KELAS ( % ) 0,5 1 2 1 0,05 Id 1 + 1,0 + 1,5 + 2,5 2 Dari 0,1 Id sampai Im 1 + 0,5 + 1,0 + 2,5 3 0,1 Id 0,5 lag 0,8 lead + 1,3 + 1,3 + 1,5 + 1,5 + 2,5 4 Dari 0,2 Id sampai Im 0,5 lag 0,8 lead + 0,8 + 0,8 + 1,0 + 1,0 + 2,0
Keterangan : Id = Arus dasar.
47 Tabel 3.2
Batas Kesalahan Prosentase
(Motor tiga phasa hanya dibebani satu phasa dengan rangkaian tegangan mendapat tegangan yang seimbang)
NO BESAR ARUS
FAKTOR DAYA
BATAS KESALAHAN METER KELAS ( % ) 0,5 1 2 1 Dari 0,2 Id sampai Id 1 + 1,5 + 2,0 + 3,0 2 0,5 Id 0,5 lag + 1,5 + 1,0 3 Id 0,5 lag + 1,5 + 2,0 + 3,0 4 Dari Id sampai Im 1 0,8 lead + 4,0
Beda kesalahan prosentase antara meter dibebani 1 fasa, arus dasar, faktor daya 1 dengan meter dibebani 3 fasa, arus dasar, faktor daya 1, tidak boleh lebih besar dari 1%, 1,5 % dan 2,5 % berturut-turut untuk meter kelas 0,5, 1 dan 2.
Batas-batas kesalahan prosentase yang dipergunakan dalam peneraan untuk masing-masing kelas adalah seperti tersebut pada tabel 3.3.
48 Tabel 3.3
Batas kesalahan prosentase yang diijinkan
NO BESAR ARUS
FAKTOR DAYA
BATAS KESALAHAN METER KELAS ( % ) 0,5 1 2 1 100% Id 1 + 0,5 + 1,0 + 2,0 2 100% Id 0,5 lag + 0,8 + 1,0 + 2,0 3 50% Id 1 + 0,5 + 1,0 + 2,0 4 50% Id 0,5 lag + 0,8 + 1,0 + 2,0 5 10% Id 1 + 0,5 + 1,0 + 2,0 6 5% Id 1 + 1,0 + 1,5 + 2,5
Jika ternyata kesalahannya melebihi batas yang diijinkan tabel 3.3, maka harus dilakukan penyetelan yaitu :
a) Pada arus 100% Id, factor daya 1 penyetelan dilakukan dengan mengatur shunt magnetis rem magnet.
b) Pada arus 100% Id, factor daya 0,5 penyetelan dilakukan dengan mengubah kedudukan alat penyetel factor daya.
49 penyetelan beban rendah.
Catatan :
- Untuk kWh meter yang mempunyai arus maksimum disamping arus dasar penandaan pada papan meter adalah 5/20A, 5A adalah arus dasar (Id), 20A adalah batas maksimum (I maks) yang diperbolehkan.
- Kalibrasi pada arus maksimum ini harus dilakukan dengan cara mengalirkan arus maksimum pada setiap kumparan arus dan memberikan tegangan acuan pada setiap kumparan tegangan, baik factor daya 1, maupun 0.5 induktif dan kapasitif (hanya untuk meter tiga phasa).
3.3 Persyaratan KWH Meter
KWH Meter sebagai alat ukur listrik yang dipasang di tempat konsumen tentu akan mendapat perlakuan, situasi dan kondisi yang berbeda-beda, maka selain meter harus memenuhi ketelitian sesuai dengan kelasnya juga harus memenuhi beberapa persyaratan lainnya demi keselamatan manusia dan peralatan itu sendiri.
Persyaratan tersebut antara lain : Persyaratan konstruksi Persyaratan elektrik.
3.3.1 Persyaratan Konstruksi
KWH Meter harus didesain untuk kondisi iklim seperti yang tercantum pada Publikasi IEC 521 (1976) dan harus memperhatikan kondisi spesifik di Indonesia, sebagai berikut :
50
a. Secara geografis dekat pantai dan terletak pada daerah ekuator (iklim tropis). b. Keadaan udara sebagian rnengandung uap garam dengan kelembaban nisbi
antara 70 % sampai 95 %.
c. Suhu udara rata-rata harian sepanjang tahun 260C.
Sehingga semua bagian dari meter harus tahan terhadap korosi dan oksidasi dalam kondisi kerja normal dan mempunyai kekuatan mekanis yang cukup serta ketahanan terhadap suhu abnormal yang mungkin terjadi.
Selain itu motor harus didesain dan dibuat sedemikian sehingga dalam penggunaan normal tidak membahayakan manusia, khususnya terhadap bahaya listrik, suhu yang tinggi dan loncatan api.
3.3.2. Persyaratan Elektrik Rugi-Rugi Daya
Rugi daya tiap rangkaian tegangan pada tegangan, frekwensi dan suhu acuan tidak boleh melampui nilai tercantum pada tabel 3.4. Rugi daya tiap rangkaian arus pada arus dasar, frekwensi dan suhu acuan tidak boleh melampui nilai yang tercantum pada tabel 3.5.
51 Tabel 3.4
Rugi daya pada rangkaian tegangan
METER KWH
KELAS METER
0,5 dan 1 2
Fasa tunggal 3 W dan 12 VA 2 W dan 8 VA
Fasa tunggal 3 W dan 12 VA 2 W dan 8 VA
Tabel 3.5
Rugi daya pada rangkaian arus
METER KWH
KELAS METER
0,5 1 2
Fasa tunggal dan fasa banyak 6,0 VA 4,0 VA 2,5 VA
Kenaikan Suhu
Pada kondisi pemakaian normal, suhu kumparan dan isolasi tidak boleh mencapai nilai sedemikian sehingga menimbulkan pengaruh negatif terhadap kerja meter.
Kuat Dielektrik
KWH Meter beserta peralatan bantunya dalam keadaan pemakaian normal (dengan memperhitungkan pula pengaruh cuaca), harus mempunyai sifat
52
dielektrik yang cukup pada tegangan yang.berbeda.
Untuk itu meter harus lulus pengujian tegangan tinggi. Pengujian tersebut dilaksanakan secara berurutan sebagai berikut :
a. Pengujian tegangan impuls (1,2/50 (s) dengan nilai puncak 6 KV
b. Pengujian tegangan tinggi bolak-balik sinus 50 Hz selama 1 menit, seperti tersebut pada lampiran B.
Selama pengujian tidak boleh terjadi tembus tegangan, loncatan api, pelepasan yang kontinu. Sesudah pengujian tegangan tinggi kesalahan meter tidak boleh melebihi ketidak pastian pengukuran meter sesuai kelasnya.
3.4. Syarat Pemasangan KWH Meter 3.4.1. Cara pemasangan
Meter harus dipasang dengan posisi tegak.
Meter harus dipasang di tempat yang terlindung dari sengatan sinar matahari dan air hujan. Syarat ini harus dipenuhi juga bila meter dipasang di dinding bagian luar bangunan, dengan memperhitungkan kemiringan jatuh air hujan 450, seperti terlihat pada contoh dalam gambar 3.8.
KWH Meter harus dipasang sedemikian hingga petugas pencatat mudah mencapainya dan dapat membaca angka register dengan jelas.
Penyambungan kawat instalasi listrik pada kWh meter harus diperiksa dengan cermat, untuk menghindarkan penyambungan yang tidak baik. Bila meter harus ditempatkan di suatu lokasi dekat dengan mesin, maka
53
pada frekwensi getaran tidak lebih dari 55 Hz.
Lokasi meter harus dihindarkan dari tempat-tempat yang banyak debu, berasap, mengandung gas kimia yang korosif dan suhu yang melebihi 400C.
Meter yang dipasang pada bangunan di tepi pantai, harus berada paling dekat 20 meter dari garis partai.
Gambar 3.8. Perlindungan kWh Meter.
3.4.2 Cara pengawatan
Cara pengawatan KWH meter dibedakan menurut jumlah elemennya :
KWH Meter fasa tunggal, 2 kawat mempunyai 1 elemen
KWH Meter fasa tiga, 3 kawat mempunyai 2 elemen
54
Diagram rangkaian dan cara penyambungan, dapat dilihat pada gambar 3.9 sampai dengan 3.12.
Gambar 3.9. Diagram pengawatan meter KWH fasa tunggal 2 kawat sambungan langsung.
Gambar 3.10. Diagram pengawatan meter KWH fasa tiga 4 kawat sambungan langsung.
55
Gambar 3.11. Diagram pengawatan meter KWH fasa tiga 4 kawat sambungan melalui trafo arus, tarif tunggal.
Gambar 3.12. Diagram pengawatan meter KWH fasa tiga 3 kawat sambungan melalui trafo tegangan dan trafo arus tarif tunggal.
56 3.5 Peneraan KWH Meter
Kalibrasi instrumen ukur energi listrik untuk pelanggan dilaksanakan di kamar uji sedangkan pengujian lapangan hanya dilakukan untuk memeriksa kemungkinan terjadinya penyipanga dari kerja instrument ukur tersebut, setelah dipasang pada instalasinya. Pengujian lapangan dapat dilaksanakan khusus untuk instrument ukur listrik yang terpasang di pusat pembangkit / gardu induk. Menera kWh meter pada dasarnya adalah membandingkan meter tersebut dengan kWh meter standar yang derajat ketelitiannya sudah diketahui atau membandingkan dengan besaran tertentu dari hasil perhitungan.
Tujuan peneraan adalah pertama untuk mengetahui apakah suatu meter bekerja dengan baik dan benar, kedua membuat kesalahan prosentasenya dalam batas-batas yang diizinkan oleh standard yang berlaku. Sehingga dengan peneraan ini dapat diketahui dengan pasti derajat ketelitian kWh meter tersebut. Derajat ketelitian kWh meter ini ditentukan oleh besarnya kesalahan dibandingkan dengan standar atau dengan besaran tertentu pada peneraan.
3.5.1 Cara Peneraan
Ada dua cara dalam melaksanakan peneraan kWh meter, yaitu :
Peneraan dengan menggunakan kWh meter standar
Peneraan dengan wattmeter dan stopwatch.
3.5.1.1 Peneraan Dengan Menggunakan KWH Meter Standar
57
yang ditera dengan kWh meter standar yang telah diketahui derajatketelitiannya. Kedua kWh meter dihubung seri pada suatu rangkaian beban, sehingga arus yang mengalir indentik dan dalam waktu yang sama.
Gambar 3.13.Rangkaian peneraan.
Keterangan gambar : W1 = kWh meter standar
W2 = kWh meter yang ditera.
Misalkan :
c1 =konstanta kWh meter standar
n1 =jumlah putaran kWh meter standar
c2 = konstanta kWh meter yang ditera
n2 = jumlah putaran kWh meter yang ditera.
Maka jika kWh meter itu tidak mempunyai kesalahan dibandingkan dengan kWh meter standar, akan didapat
2 2 1 1 c n c n
, menyatakan jumlah kWh yang dicatat selama jangka waktu
58 maka : 1 1 c n
tidak sama dengan 2 2
c n
.
Sehingga kesalahan dari kWh meter yang ditera tersebut dapat dinyatakan dengan persamaan dibawah ini :
S =
%
100
/
)
/
/
1 1 1 1 2 2x
c
n
c
n
c
n
=
1 100% ) / ( / 1 1 2 2 x c n c n 3.5.1.2 Peneraan Dengan Wattmeter dan Stopwatch
Menentukan kesalahan kWh meter dengan membandingkannya terhadap wattmeter dan pengukur waktu (stop watch) sebagai standar (cara mutlak). Jumlah energi yang dicatat oleh kWh meter pada n putaran piringan adalah
c n
kWh, dimana c adalah konstanta meter (put/kWh). Nilai kWh sebenarnya adalah perkalian dari daya (W) yang ditunjukan oleh wattmeter dengan waktu (.t) yang
diperlukan untuk n putaran piringan, dan t ini ditunjukan oleh stop watch.
Jika kWh meter tanpa kesalahan maka waktu yang diperlukan untuk n putaran adalah disebut t dasar (td), td ini sebanding dengan jumlah kWh yang
dicatat meter dan besarnya dapat dihitung dengan persamaan dibawah ini : W = V . I . Cos
59 c n 1000.3600 . V.I.Cos td Catatan : 1 kWh = 1000 Wh 1 jam = 3600 detik Jadi : td = , Cos . I . V . c 3600.000 . n
untuk kWh meter fasa tunggal
td = , Cos . I . V . c . 3 3600.000 . n
untuk kWh meter fasa tiga.
dimana :
n = jumlah putaran td = waktu dalam detik
V = tegangan fasa-fasa untuk meter fasa tiga c = konstanta meter (put/kWh).
Jika kWh meter itu mempunyai kesalahan, maka waktu yang diperlukan untuk n putaran adalah t detik, yang besarnya tidak sama dengan td hasil
perhitungan. Besarnya t adalah hasil penunjukkan stopwatch, sehingga kesalahan prosentasenya adalah sebagai berikut :
S = x 100% t t td
60 3.5.2 Alat-Alat Penyetelan Pada kWh Meter
Setiap kWh meter fasa tunggal atau fasa tiga selalu dilengkapi dengan alat-alat penyetelan sebagai sarana untuk mengadakan penyesuaian terhadap berbagai kondisi beban, yaitu dengan melakukan pengaturan tempat kedudukan dari alat-alat tersebut agar didapat kesalahan prosentase yang diinginkan.
Beberapa kondisi beban yang memerlukan penyesuaian pada saat meter ditera adalah :
beban nominal
beban induktif
beban ringan.
3.5.2.1 Penyetelan pada beban nominal
Dengan memberikan tegangan tera pada kumparan tegangan, arus nominal dengan faktor daya 1 pada kumparan arus kita lakukan penyetelan posisi magnit permanen. Karena posisi magnit berubah maka besarnya momen redam juga berubah, sehingga dengan mengatur posisi magnit ini akan didapat kesalahan prosentase yang kita inginkan untuk beban nominal.
3.5.2.2 Penyetelan pada beban induktif
Penyetelan ini dilakukan dengan memberikan tegangan tera pada kumparan tegangan dan arus nominal dengan faktor daya 0,5 induktif pada kumparan arus. Kita atur alat penyetelan beban induktif yaitu dengan cara merubah besarnya tahanan R yang disambung seri dengan shading coil pada kumparan tegangan seperti terlihat pada gambar 3.11, sampai mencapai batas
61
kesalahan yang diizinkan. Posisi R tersebut harus diperiksa untuk arus 50 % nominal dengan faktor daya 0,5 induktif, untuk kedua harga arus ini harus mempunyai kesalahan prosentase yang sama.
Gambar 3.14. Alat penyetel beban induktif
3.5.2.3 Penyetelan pada beban ringan
Bila piringan berputar, maka momen-momen gesek mekanis akan terjadi dan juga menyebabkan kesalahan-kesalahan negatif. Kesalahan ini akan lebih penting pada beban ringan yaitu bila arus yang mengalir pada kumparan arus kecil. Untuk mengkompensasikan kesalahan ini, alat penyetelan beban ringan berupa cincin tembaga ditempatkan diantara kumparan tegangan dengan piringan seperti terlihat pada gambar 3.12. Penyetelan beban ringan ini dilakukan dengan memberikan tegangan tera pada kumparan tegangan dan arus sangat kecil (+ 5 % arus nominal) dengan faktor daya 1 pada kumparan arus. Atur sedemikian rupa posisi cincin sampai didapat batas kesalahan meter yang diizinkan
62 3.5.3 Langkah-Langkah Peneraan 3.5.3.1 Pemeriksaan Visual dan Mekanis
Pemeriksaan ini dimaksudkan untuk melihat ada tidaknya cacat pada meter. Tutup meter dilepas dan bagian yang diperiksa antara lain :
Kotak meter.
Rangkaian register sambungan patri dan las.
Kekencangan sekrup
Kebersihan bagian dalam meter terutama sela pada bagian magnet peredam
Bagian lain yang dianggap perlu
3.5.3.2 Pemanasan Awal
Sebelum kalibrasi dilaksanakan, dilakukan pemanasan awal lebih dulu guna memperoleh kestabilan hingga kesalahan akibat perbedaan suhu menjadi minimum. Maksud pemanasan ini adalah memanaskan meter supaya setelah pemanasan awal ini diharapkan suhu tidak berubah lagi, sesuai dengan suhu kerja, sehingga kesalahan akibat beda suhu menjadi minimum. Lama pemanasan awal adalah 30 menit, yaitu caranya adalah dengan memberikan tegangan tera pada kumparan tegangan dan arus nominal dengan faktor daya 1 pada kumparan arus.
3.5.3.3 Pengujian Register
Maksud dari pengujian ini adalah untuk membuktikan kebenaran dari konstanta meter yang dikalibrasi. Pengujian ini dapat dilaksanakan pada waktu
63 pemanasan awal.
Cara pengujian konstanta meter dengan satuan jumlah putaran per kWh :
Menghitung jumlah putaran piringan dan selisih penunjukkan register
Menghitung selisih penunjukkan register dan membandingkannya dengan energi pada meter standar.
Apabila konstanta adalah Wh/putaran harus sikonversi terlebih dulu menjadi jumlah putaran per kWh.
Menghitung Jumlah Putaran Piringan dan Selisih Penunjukkan Register Mula-mula posisi awal register A dicatat kemudian kWh meter diberi tegangan sesuai dengan tegangan pengenalnyadan diberi arus sesuai dengan arus dasar (arus maksimum bila ada), factor daya 1. Jumlah putaran piringan N dihitung sesuai dengan konstantanya. Bersamaan dengan akhir hitungan putaran saklar tegangan dan arus dibuka. Catat posisi akhir register B kemudian hitunglah perbandingannya antara jumlah putaran piringan dan selisih pencatatan register dan bandingkanlah dengan konstanta meter pada pelat nama.
Menghitung Selisih Penunjukan Register dan Membandingkannya Dengan Energi Pada Meter Standar
Pada pemeriksaan ini meter standar yang digunakan dapat berupa meter energi atau meter daya. Bila menggunakan meter energi sebagai standar maka energi yang ditunjukkan oleh selisih penunjukkan awal dan akhir dari register meter yang diperiksa, tidak boleh berselisih dengan energi yang ditunjukkan oleh meter standar lebih besar dari kesalahan meter yang diperiksa.
64
Bila menggunakan meter daya sebagai standar maka energi standar adalah nilai daya konstan yang ditunjukkan meter daya dikalikan dengan waktu yang sesuai dengan waktu perpindahan awal dan akhir dari meter yang diperiksa.
Membandingkan energi yang ditunjukkan register yaitu selisih angka register pada saat awal A dan akhir B dengan energi yang dicatat meter standar E. (B-A) harus sama atau mendekati E dengan kesalahan sesuai dengan kesalahan pembebanan kWh meter tersebut pada beban tertentu.
Membandingkan energi yang ditunjukkan register yaitu selisih angka register pada saat awal A dan akhir B dengan penunjukkan watt meter standar P dikalikan waktu tertentu (E=Pxt). (B-A) harus sama atau mendekati E dengan kesalahan sesuai dengan kesalahan kWh meter tersebut pada beban tertentu. Kelemahan cara ini adalah bahwa suplai daya harus stabil.
3.5.3.4 Pemeriksaan Perputaran Tanpa Beban (Kopel Penahan)
Pemeriksaan ini dimaksud untuk menye1idiki apakah putaran piringan meter berputar tidak melebihi satu putaran penuh dalam keadaan tanpa arus pada kumparan arus dan kumparan tegangan diberi tegangan antara 80-110%
Cara pelaksanaan :
Tutup meter terpasang kuat ditempatnya
Kumparan tegangan diberi tegangan yang nilainya antara 80 s/d 110 % tegangan pengenal
Kumparan arus tidak diberi arus
Perhatikan bahwa tanda hitam pada sisi piringan aan diam pada posisi tertentu, karena piringan tidak berputar lagi
65
Dilaksanakan hanya pada waktu drum terakhir saja yang berputar
Tutup meter harus terpasang
Piringan tidak boleh berputar melebihi satu putaran penuh. Apabila piringan berputar melebihi satu putaran penuh maka perlu dilakukan penyetelan dengan cara menyetel ulang penyetel beban rendah bagi meter yang menggunakan lubang kopel penahan pada piringannya. Bagi kWh meter yang masih menggunakan kail, penyetelan dilakukan dengan mengubah jarak kait.
3.5.3.5 Pemeriksaan Arus Mula
Tujuan dari pengujian ini adalah untuk memeriksa nilai arus terkecil suatu kWh meter yang sanggup memutar piringan terus menerus.
Cara pelaksanaan :
Kumparan tegangan diberi tegangan pengenal
Kumparan arus diberi arus sesuai tabel 1 dibawah ini dengan faktor daya 1 Sebagai contoh pengujian arus mula kWh meter kelas 2.0 dengan arus dasar 5A maka besarnya arus mula :
66 Tabel 3.6
Batas arus mula maksimum
Meter
Arus mula (%) Id meter kelas
0.5 1.0 2.0
Meter tarif tunggal tanpa alat penahan putaran balik
0.3 0.4 0.5
Meter lainnya 0.4 0.4 0.5
Catatan : Pengujian ini tutup kWh meter harus terpasang,dilaksanakan pada saat angka register terakhir saja yang berputar.
Jika ternyata pada arus mula tersebut piringan belum berputar berarti arus mula melebih ketentuan tabel diatas, untuk memperbaikinya perlu penyetelan ulang pada beban rendah atau menyetel jarak kait, bagi meter yang masih menggunakan kait. Tes ini untuk rnenyelidiki arus mula dari motor kWh, sehingga pada beban yang rendahpun piringan sudah mulai berputar. Besarnya arus mula maksimum yang diizinkan pada tegangan tera, frekuensi nominal dan faktor daya 1, dimana piringan sudah mulai berputar secara teratur adalah seperti tersebut pada tabel 3.6.
3.5.3.6 Pemeriksaan Keseimbangan Kopel Penahan
Pengujian ini hanya dilakukan pada kWh meter tiga phasa, tujuan pengujian ini adalah untuk menghindarkan meter dari kesalahan ukur yang melampaui batas, bila meter dibebani tak seimbang. Kopel dari semua elemen penggerak harus seimbang satu sama lain.
67
Keseimbangan ini diperiksa dengan memberikan tegangan pengenal pada dua kumparan tegangan secara paralel dan arus dasar Id = 1 pada dua kumparan arus yang dihubung seri tetapi dengan arah yang berlawanan. Elemen penggerak yang tidak diperiksa rangkaiannya dibiarkan terbuka.
Keseimbangan kopel tercapai bila piringan tidak berputar. Pada pengujian ini sumber yang digunakan adalah satu phasa, jika terjadi ketidak seimbangan dilakukan penyetelan dengan mengatur penyetel keseimbangan kopel.
Cara Pelaksanaan
- Pemeriksaan keseimbangan kopel pada elemen penggerak I dan elemen penggerak II, kumparan arus I dan arus II dipasang seri. Arah arus pada kumparan arus I berlawanan dengan arah arus pada kuparan arus II, kumparan arus III tidak diberi arus. Kumparan tegangan I dipasang paralel dengan kumparan tegangan II kumparan tegangan III tidak dberi tegangan. - Pemeriksaan keseimbangan kopel pada elemen penggerak I dan elemen
penggerak III dilakukan seperti pada (a) dengan kumparan arus II diganti kumparan arus III. Kumparan tegangan II diganti dengan kumparan tegangan III, tidak diberi arus dan tidak diberi tegangan.
Catatan : Bila keseimbangan kopel antara elemen penggerak I dan II baik (a), sedangkan keseimbangan kopel antara elemen penggerak I dan II (b) tidak baik maka penyetelan dilakukan terhadap elemen penggerak III saja. Selanjutnya pemeriksaan terhadap kopel antara elemen penggerak II dan III tidak diperlukan lagi.
68
Cara lain untuk menguji keseimbangan kopel adalah kWh meter tiga phasa hanya dibebani satu phasa dengan rangkaian tegangan mendapat tegangan seimbang tiga phasa, batas kesalahan dalam persentase seperti tabel 3.2
3.5.3.7 Pengujian Karakteristik Beban
Tujuan dari pengujian ini adalah untuk mengetahui kesalahan ukur suatu meter untuk berbagai nilai arus dengan batas kesalahan yang diijinkan. Dalam pengujian ini penyetelan dilakukan untuk membuat kWh meter tersebut kesalahannyamasih dalam batas-batas yang diijinkan.
Pengujian dilakukan dengan cara memberikan tegangan pengenal dan memberikan arus seperti dalam daftar serta batas kesalahan kWh meter yang diijinkan seperti dalam tabel 3.3
