TEORI DASAR kWh METER 1. PRINSIP DASAR kWh METER
kWh meter adalah alat pengukur energi listrik yang mengukur secara langsung hasil kali tegangan, arus factor kerja,kali waktu yang tertentu (UI Cos φ t) yang bekerja padanya selama jangka waktu tertentu tersebut. Hal ini berdasarkan bekerjanya induksi megnetis oleh medan magnit yang dibangkitkan oleh arus melalui kumparan arus terhadap disc (piring putar) kWh meter, dimana induksi megnetis ini berpotongan dengan induksi mgnetis yang dibangkitkan oleh arus melewati kumparan tegangan terhadap disc yang sama.
Koppel putar dapat dibangkitkan terhadap disc karena induksi magnetis kedua
medan magnit tersebut diatas bergeser fasa sebesar 900 satu terhadap lainnya
(azas Ferrari). Hal ini dimungkinkan dengan konstruksi kumparan tegangan dibuat dalam jumlah besar gulungan sehingga dapat dianggap inductance murni.
Gambar 1A. Prinsip suatu meter penunjuk Energi listrik arus B-B (jenis induksi)
GAMBAR 1
Gambar 1B Arus – arus Eddy pada suatu piringan
Keterangan Gambar :
M = Magnit permanent
Cp = inti besi kumparan tegangan
Wp = kumparan tegangan yang dapat dianggap sebagai reaktansi murni,
karena lilitan cukup besar
Cc = Inti besi kumparan arus
Wc = kumparan arus
Ip = arus yang mengalir melalui Wp
I = Arus beban yang mengalir melalui Wc
F = Kumparan penyesuaian fasa yang diberi tahanan R RGS = Register
1L & 2S = Terminal sumber daya masuk 2L & 1S = Terminal daya keluar
PRINSIP KERJA
Ф1 ditimbulkan oleh arus I mengalir di kumparan Wc
Ф2 ditimbulkan oleh arus Ip mengalir di kumparan Wp dan Ip lagging 900 terhadap
tegangannya
Gambar 2
Dengan mengambil persamaan moment alat ukur type induksi :
T = KW Ø1. Ø2 Sin α Ф1 sebanding dengan I Ф 2 sebanding dengan
φ
Ф1 Ф2 Sinα
= Cosφ
α
V V W
Sin α = Cos φ
Maka : TD = W.I Cos φ = V.I. Cos φ
Dengan demikian maka terhadap piringan logam D terdapat momen gerak TD yang berbanding lurus terhadap daya beban. Apabila oleh karena pengaruh momen TD. Piring logam D berputar dengan kecepatan n, maka sambil berputar piringan tersebut memotong garis – garis fluksi magnetic m (akibat adanya magnit permanen) sehingga menyebabkan terjadinya arus – arus putar (arus Foucault) didalam piringan logam yang berbanding lurus terhadap n Ø m.
Arus – arus putar yang terjadi pada piringan logam D akibat adanya Ø1, Ø2 dan Ø m seperti dalam gambar 1.B
Arus – arus putar yang memotong garis – garis fluksi m menyebabkan piringan
logam D mengalami momen redaman TD yang berbanding lurus dengan n. Ø m2
Bila momen TD dan Td dalam keadaan seimbang maka :
Kd. V.I. Cos φ = Km.n. Ø m2
n =
Kd, Km = konstanta
Sehingga didapat kecepatan n dari piringan logam D adalah berbanding lurus dengan V.I.Cos, maka jumlah putaran piringan D untuk jangka waktu tertentu sebanding dengan energi yang diukur pada jangka waktu tersebut. Kemudian untuk mendapat angka hasil pengukuran dari piringan D tadi harus ditransformasikan lagi kealat register. Kd V.I Cos φ Km Ф m2 V W
2. BAGIAN – BAGIAN KWH METER DAN FUNGSINYA
Gambar 3
Badan (body) terdiri dari : a. Bagian atas b. Bagian bawah 1. Kumparan Tegangan 2. Kumparan arus 3. Elemen Penggerak/piringan 4. Rem Magnit 5. Register 6. Name Plate 7.Terminal Klemp
kWh meter 1 fasa
kWh meter 3 fasa
Kumparan arus terdiri dari :
a. Pada kWh meter 1 phasa kumparan arus 1 set
b. Pada kWh meter 3 phasa 3 kawat kumparan arus 2 set
c. Pada kWh meter 3 phasa 4 kawat kumparan 3 set
Pada kumparan arus dilengkapi dengan kawat tahanan atau lempengan besi yang berfungsi sebagai pengatur Cosinus phi (factor kerja)
Kumparan Tegangan terdiri dari :
Pada kWh meter 1 phasa ……… 1 Set Pada kWh meter 3 phasa 3 kawat ………. 2 set Pada kWh meter 3 phasa 4 kawat ………. 3 Set Piringan
Piringan kWh meter ditempatkan dengan dua buah bantalan (atas dan bawah) yang digunakan agar piringan kWh meter dapat berputar dengan mendapat gesekan sekecil mungin.
Rem Magnit
Rem magnit adalah terbuat dari magnit permanen, mempunyai satu pasang kutub (Utara dan selatan) yang gunanya untuk :
a. Mengatasi akibat adanya gaya berat dari piringan kWh meter
b. Menghilangkan / meredam ayunan perputaran piringan serta alat kalibrasi
semua batas arus.
Roda gigi dan Alat Pencatat (register)
Sebagai transmisi perputaran piringan, sehingga alat pencatat merasakan adanya perputaran, untuk mencatat jumlah energi yang diukur oleh kWh meter tersebut dan mempunyai satuan, puluhan, ratusan, ribuan dan puluh ribuan
Data kWh Meter
- Nama alat / merek pabrik
- Tipe atau jenis meter
- Cara pengawatan : satu fasa, 2 kawat
tiga fasa, 3 kawat tiga fasa, 4 kawat
- Tegangan
- Arus
- Frekuensi
- Konstanta meter
- Kelas
- Satuan energi listrik
2. PRINSIP KERJA kVARh METER.
Meter kVARh pada prinsipnya adalah seperti meter kWh. Kalau pada meter kWh yang diukur adalah daya nyata atau I.E.Cos φ x t, maka pada kVARh yang diukur adalah daya buta atau I.E.Sin φ x t.
Untuk bisa mendapatkan hasil pengukuran E.I.Sin φ x t, prinsip dasarnya adalah membalik polaritas kumparan tegangan kWh dengan jalan membalik pengawatannya.
1 2 3 5 7 8 9 1 2 3 5 7 8 9
kWh kVARh
kVARh dipergunakan untuk mengukur besarnya pemakaian energi rekatif pada konsumen – konsumen yang mempunyai Cos φ kurang dari 0,85 atau pada
konsumen – konsumen yang mempunyai sudut phasa lebih besar dari 36,860.
Apabila kita perhatikan pada tiga daya dibawah ini (lihat gambar)
Gambar 6
Apabila pada segi tiga daya tersebut kita coba gambarkan suatu besaran sudut (FI) yang berubah – ubah dengan besaran Kw yang tetap, maka dapat terlihat disini bahwa :
- Besarnya kVA akan berubah – ubah
Semakin besar sudut Ø atau semakin jeleknya Cos φ maka kVA akan semakin besar
- besarnya kVAR akan berubah - ubah
Semakin besar sudut Ø atau semakin jeleknya Cos φ maka kVAR akan semakin besar. Lihat gambar kVAR kVA kW a b c φ
φ
2φ
3φ
4φ
5 kW kVAR kVA E D C B A GAMBAR 7
Pada titik A besarnya sudut Ф = 0
Maka besar Cos φ = 1
Sehingga kVA = kW
Sedangkan kVAR nya adalah = 0
Pada titik B :
Sudut 2 semakin besar sehingga Cos menjadi lebih kecil dari 1
kVA akan menjadi lebih besar dari kW, sedangkan kVARnya menjadi lebih besar dari nol ( 0 ).
3. DIAGRAM RANGKAIAN DAN PENANDAAN TERMINAL
Diagram rangkaian harus tertera pada bagian disekitar terminal. Diagram rangkaian dan cara penyambungannya dapat dilihat pada gambar 9 sampai 18
Gbr. 8a
Diagram pengawatan kWh meter fase tunggal, 2 kawat sambungan langsung, tarip tungal
Gbr. 8b
Diagram pengawatan kWh meter fase tunggal, 2 kawat sambungan langsung, tarip ganda
. . . .
1 3 44 5. . . .5
1 3 4 54. .
64 74 B E B A N B E B A N N F N F
Gbr. 8c
Diagram pengawatan kWh meter fase tiga, 4 kawat sambungan langsung, tarip tungal
Gbr. 8d
Diagram pengawatan kWh meter fase tiga, 4 kawat sambungan tidak langsung, tarip tunggal
.
1.
3.
4.
6.
7. . .
93 10 11.
1 3.
4 6.
7 93.
.
.
.
.
2 5 83.
.
113 B E B A N B E B A N S R N T S R N T
Gbr. 8e
Diagram pengawatan kWh meter fase tiga, 4 kawat sambungan melalui trafo arus dan trafo tegangan tarip ganda
.
1. .
2 3.
4.
5. .
6.
7 83.
93.
123 B E B A N M. .
13 153. . .
13 23 33.
43 k l. . . .
. . . .
k l k l K L K L K L R S TM CT.
.
T N
Gbr. 8f
Diagram pengawatan kWh meter fase tiga, 3 kawat sambungan dengan trafo arus dan trafo tegangan, tarip ganda
.
2 3 5.
.
93.
1 83.
B E B A N M. .
13 153. . .
13 23 33 43.
. .
.
. .
k l K L CT.
73.
K L.
R S T TM 20000/100 PT = V 100.
.
Gbr. 8g
Diagram pengawatan kWh meter fase tiga, 4 kawat sambungan melalui transformator tegangan dan tarnsformator arus, tarip tungal
.
1. .
2 3.
4.
5. .
6.
7 83.
93.
113 B E B A N S R N T
Gbr. 8h
Diagram pengawatan kWh meter fase tiga, 3 kawat sambungan melalui transformator tegangan dan tarnsformator arus, tarip ganda
.
2 3 5.
.
93.
1 83.
B E B A N M. .
13 153. . .
13 23 33 43.
. .
.
. .
k l K L CT.
73.
K L.
R S T TM 20000/100 PT = V 100
Gbr. 8i
Diagram pengawatan kWh meter fase tiga, 3 kawat sambungan melalui transformator tegangan dan tarnsformator arus, tarip tungal
.
2 3 5.
.
93.
1 83.
.
. .
.
. .
k l K L CT.
73 K L.
R S T TM 20000/100 PT = V 100.
.
B E B A N
Susunan terminal harus sama dengan diagram rangkaian. Setiap terminal harus diberi tanda yang sesuai dengan fungsinya.
Cara pengawatan kWh meter dibedakan menurut jumlah elemennya :
- Fase tunggal, 2 kawat mempunyai 1 elemen
- Fase tiga, 3 kawat mempunyai 2 elemen
- Fase tiga, 4 kawat mwmpunyai 3 elemen
Klasifikasi kWh meter dan Batas Kesalahan. Klasifikasi kWh meter dibagi dalam 3 klas :
- kWh meter kelas 0,5 dipakai sebagai meter standard
- Kwh meter kelas 1 dipakai untuk pengukuran skunder (memakai trafo ukur)
Gbr. 8j
Diagram pengawatan kWh meter fase tiga, 3 kawat sambungan melalui transformator tegangan dan tarnsformator arus, tarip ganda
.
2 3 5.
.
93.
1 83.
B E B A N M. .
13 153. . .
13 23 33 43.
. .
.
. .
k l K L CT.
73.
K L.
R S T TM 20000/100 PT = V 100
- kWh meter kelas 2 dipakai untuk pengukuran primer (tanpa trafo ukur)
Batas – batas kesalahan kWh meter yang ditentukan oleh kamar tera PLN (atas kebijaksanaan PLN Wilayah/Distribusi setempat)
Arus Faktor Kerja Batas kesalahan kWh meter dalam %
Kl 2 Kl 1 Kl 0,5 100% In 100% In 50% In 50% In 10% In 5% In 11 0,5 (ind) 1 0,5 (ind) 1 1 + 0 ……….. + 2 + 0 ...………+ 2 + 0 …………+ 2 + 0 …………+ 2 + 0 …………+ 2 + 0 ………+ 2,5 + 0 ………. + 1 + 0 ………. + 1 + 0 ………. + 1 + 0 ………. + 1 + 0 ………. + 1 + 0 ……. + 1,5 +0 …….. + 0,5* + 0 …….+ 0,8* + 0 …….+ 0,5 + + 0 …….+ 0,8 + + 0 …….+ 0,5 + + 0 …….+ 1 Keterangan :
Tanda * : Titik 2 kesalahan yang biasa dirobah, bila menyimpang dari batas
yang ditentukan.
Tanda + : Titik 2 kesalahan yang tidak boleh dirubah, bila menyimpang batas
yang ditentukan
4. ALAT BANTU kWh METER
Ada tiga alat bantu yang digunakan dalam pengukuran dengan kWh meter :
a. Current transformator (trafo Arus)
b. Potensial transformator (Trafo tegangan)
Tidak semua alat Bantu tersebut harus dipasang pada suatu pengukuran kWh meter, hal tersebut tentu tergantung dari kebutuhan untuk pengukuran itu sendiri. Maksud dari penggunaan alat bantu kWh meter adalah untuk menyederhanakan disain pemuatan kWh sehingga :
- Dengan satu jenis kWh meter yang tertentu dapat digunakan untuk
pengukuran dari beberapa macam besarnya daya listrik.
- Untuk pengukuran tarif ganda maka didesain dengan coil perubahan
register yang menggunakan relay komando dari luar (Time Switch)
- Supaya kWh meter dapat digunakan untuk pengukuran energi listrik
baik pada sistem tegangan rendah maupun pada sistem tegangan menengah juga pada sistem tegangan tinggi
- Untuk mempermudah pemasangan dan penempatan kWh meter
4.1. Transformator Arus
transformator arus adalah suatu alat listrik yang berfungsi untuk mengubah besar arus tertentu (di lilitan primer) ke besaran arus tertentu lainnya (di lilitan sekunder) melalui suatu kopling elektro megnetis.
Transformtor arus ini banyak digunakan didalam bidang pengukuran – pengukuran listrik untuk memperoleh besaran ukur bagi ampere meter, kWh meter, watt meter dan sebagainya
Karena meter – meter umumnya hanya dapat dilewati besaran ukur (arus) yang kecil sedangkan arus yang mengalir ke jaringan distribusi adalah besar, maka besar arus pada belitan primer transformator arus lebih besar dari pada besar arus di lilitan sekundernya.
Jadi transformator arus yang dipergunakan pada meter – meter akan mengubah arus primer yang besar menjadi arus sekunder yang lebih kecil sehingga pengukuran dapat dilakukan.
4.1.1. Pemeriksaan Spesifikasi Transformator Arus (CT)
Transformator arus yang digunakan untuk pengukuran tegangan menengah dan tegangan tinggi adalah kelas 0,5. setiap transformator arus harus mempunyai data minimal sebagai berikut :
a. Nama pabrik pembuat atau tanda lain yang menunjukkan
identitasnya.
b. Tipe dan nomor seri
c. Arus pengenal primer dan sekunder sebagai contoh :
Kn = Ipn/Isn (kn = 100/5 A)
d. Frekuensi pengenal (misalnya 50 Hz)
e. Keluaran pengenal dan kelas ketelitian (misalnya : 1S; 15 VA,
kelas 0,5; 2S; 30 VA, kelas 1)
f. Tegangan tertinggi untuk perlengkapan
g. Tingkat isolasi pengenal
h. Arus thermal singkat pengenal (I th) dan arus dinamik pengenal
(Idyn)
i. Kelas isolasi bila bukan isolasi kelas A
4.1.2. Pengujian polaritas CT
Transformator arus secara individual harus diuji polaritasnya untuk membuktikan bahwa penandaan polaritas primer dan sekundernya adalah benar. Pengujian dilakukan dengan sirkit seperti pada gambar berikut :
Push Oution Switch P2 P1 S2 S1 Batery _-_ + GAMBAR 9
Sebuah ampere meter dengan skala Nol ditengah, tipe permanent magnet moving coil dihubungkan pada sekunder transformator arus. Battrey tegangan 1,5 Volt dihubungkan melalui saklar kutub – tunggal pada sisi primer, pada saat saklar dimasukkan maka ampere meter akan menunjuk kearah positip sesaat dan pada waktu saklar dibuka ampere meter akan menunjuk kearah negatep sesaat.
Pengujian polaritas dapat diukur langsung pada terminal lemari APP (10 tipe II F Nomor : 1 dan 3; 1 dan 5; 1 dan 7)
4.1.3. Pengujian Rasio
Pengujian ini dilakukan dengan menginjeksi sisi primer, arus dialirkan dan diukur dengan A 1 melalui transformator arus standar seperti pada gambar berikut. A 1 A 2 Test Arus Skunder CT Yang diuji CT Standar
Arus sekunder diukur dengan ampere meter A2 dan nilai perbandingannya anatara A1 dan A2 adalah merupakan rasio yang tertulis pada nama transformator arus Kesalahan arus dinyatakan dalam (%) dengan rumus :
(kn Is – Ip)
Kesalahan arus (%) = X 100%
Ip
Is = arus sisi sekunder
Ip = arus sisi primer
Kn = rasio transformasi transformator arus
1.4. Batas – Batas Kesalahan
Kelas ketelitian
Persentasi kesalahan Arus (rasio) pada
persentase arus pengenalnya
Pergeseran fasa pada persentase arus pengenalnya
Menit Centi Radian
5 20 100 120 5 20 100 120 5 20 100 120 0,1 0,2 0,4 0,75 0,2 0,35 0,1 0,2 0,1 0,2 15 30 8 15 5 10 5 10 0,45 0,9 0,24 0,45 Current Transformer Test Set AC Supply
~
GAMBAR 10 PENGUJIAN RASIO0,5 1,0 1,5 3,0 0,75 1,5 0,5 1,0 0,5 1,0 90 180 30 90 30 60 30 600 2,7 5,4 0,35 2,7
Batas kesalahan transformator arus penggunaan khusus.
Tabel ini hanya berlaku untuk transformator dengan arus sekunder pengenal 5A
Kelas ketelitian
± Persentasi kesalahan arus (rasio) pada
persentase arus pengenalnya
Pergeseran fasa pada persentase arus pengenalnya
Menit Centi Radian
5 20 100 120 5 20 100 120 5 20 100 120 0,25 0,35 0,75 1,5 0,35 0,75 0,2 0,5 0,2 0,5 30 90 15 45 10 30 10 30 0,9 0,7 0,45 0,35 0,3 0,9 0,3 0,9 4.2. Transformator Tegangan
Transformator tegangan adalah alat pengubah besaran listrik (tegangan) dari suatu harga ke harga yang lain yang tertentu besarnya.
Transformator tegangan merupakan salah satu dari beberapa jenis transformator yang ada, yang berfungsi sebagai alat pembantu dalam pengukuran tegangan. Alat ini biasa digunakan untuk memberi tegangan kepada meter – meter dan peralatan pengaman yang memerlukannya, dan biasa dipasang pada sisi tegangan tinggi dari suatu jaringan listrik (6 kV ke atas)
Faktor ketelitian yang harus diperhatikan pada transformator alat pengukuran (termasuk juga transformator tegangan). Hal ini disebabkan karena besaran ukurannya yang lebih diperhatikan dari pada rugi-rugi yang terjadi pada alat tersebut.
4.2.1. Pemeriksaan spesifikasi Transformator Tegangan (PT)
Transformator yang digunakan adalah kelas 0,5 setiap Transformator tegangan minimal harus diberi penandaan sebagai berikut :
a. Nama pabrik pembuat atau tanda lain yang menunjukkan
identitasnya
b. Tipe dan nomor serie
c. Tagangan pengenal primer dan sekunder
d. Frekuensi pengenal
e. Keluaran pengenal dan kelas ketelitian yang bersesuaian
(missal 50 VA kelas 0,5)
f. Tegangan sistem tertinggi
g. Tingkat isolasi pengenal
4.2.2. Pengujian polaritas PT
Polaritas transformator tegangan dapat dilaksanakan sama seperti
transformator arus. Perlu diperhatikan pada waktu menghubungkan suplai tegangan baterai pada sisi primer PT (bila PT sudah terpasang pada sirkit) 4.2.3. Pengujian Rasio Transformator Tegangan
Metode yang digunakan adalah metode pembanding yakni dengan membandingkan standar, lihat gambar rangkaian sebagai berikut :
Hight Voltage Test Set V 1 V 2 250 V AC Supply
PT STANDAR PT YANG DIUJI
Kesalahan trafo tegangan dinyatakan dalam (%) (Kn Us – Up)
% = x 100%
Up
Us = Tegangan sisi sekunder
Up = Tegangan sisi primer
Kn = Rasio transformasi transformator tegangan
4.2.4. Batas Kesalahan Tegangan dan Pergeseran Fasa
Kelas Persentase kesalahan
tegangan (ratio) (±) Pergeseran fasa (±) Menit Centiradian 0,1 0,2 0,5 1,0 3,0 0,1 0,2 0,5 1,0 3,0 5 10 20 40 0,15 0,3 0,6 1,2 Tidak disyaratkan
