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

Alat ukur induksi adalah alat ukur yang bekerja berdasarkan prinsip 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]

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 [1]:

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

t

Tegangan induksi ini akan menghasilkan arus induks dalam piringan, yaitu

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 ₁ dan arus induksi i2menghasilkan momen defleksi T1dan interaksi antara fluksi ₂dengan arus induksi i1menghasilkan momen T2yaitu:





...(2.9)

Momen total yang memutar piringan adalah [1]:









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 beban (kumparan arus)[1]. Rangkaian dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar 2.3 Rangkain Wattmeter Induksi [1]

Prinsip kerjanya:

1. Momen Putar ( momen Defleksi)

V

I IV

ᶲ

Gambar 2.4 Diagram Phasor Wattmeter Induksi [1]

Momen defleksi alat ukur induksi adalah seperti pada persamaan (2.11) yaitu: 

Dari diagram phasor diketahui bahwa: - 1m sebanding dengan arus beban I - 2m sebanding dengan tegangan beban V - 900

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





2. Momen Lawan

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

 f C k

T  ...(2.13) Bila kedua momen mencapai keseimbangan maka diperoleh





Dari Persamaan (2.14) dapat dilihat bahwa sudut defleksi atau penunjukan jarum

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 i₁ dan i₂ adalah [1]:

Sedangkan daya rata-ratanya:

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]:

C N Pt

Dimana:

N = Jumlah putaran piringan (put)

C = Konstanta Kwh meter (put/kwh)

P = Daya (KW)

t = Waktu (det)

Dari hubungan tersebut, dapat dijelaskan bahwa untuk suatu harga daya tertentu

kecepatan piringan watthourmeter e tertentu pula [1]:

CP t N

 

 ...(2.18)

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

CP N

t _...(2.19)

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]:

% 100 x E

E E kesalahan

S s 

 ...(2.20)

Dimana E adalah jumlah Energi yang ditunjukan oleh watthourmeter:

C N

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

diperlukan waktu t detik, sedangkan daya pada beban sebesar P watt, maka jumlah

energi sebenarnya adalah [1]:

1000 3600x

Pt

E_S  _{(Kwh)...(2.22)}

Maka kesalahan dalam persen adalah:

%

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]:

1000

P x C s 

 (putaran / impulsper jam)...(2.24)

Kecepatan perputaran piringan atau kecepatan kedip impuls yang diukur adalah:

t Nx₃₆₀₀ 

 ( putaran/impuls per jam)...(2.25)

Maka sesalahan dalam persen dapat dinyatakan:

%

Kalau dihitung waktu yang sebenarnya diperlukan untuk membuat N

putaran/impuls pada daya P watt adalah [1]:

CxP

Dan waktu yang diukur adalah t, maka kesalahan dalam persen dapat dinyatakan

% 100 1 x t t

F s 

     _

 ...(2.28)

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 (< 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

 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 > 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]

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

menggerakkan counter digit sebagai tampilan jumlah energi yang dipakai oleh

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]

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

magnet tersebut akan menimbulkan induksi sehingga menghasilkan arus eddy

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]:

  _{1 2} sin

3 m m

k T

Sedangkan fluksi 1m sebanding dengan arus beban I yang juga mengalir pada

kumparan arus dan 2m sebanding dengan tegangan beban V, jika jumlah lilitan

kumparan tegangan dibuat besar sehingga mempunyai reaktansi yang besar maka

arus Iv sebanding dengan tegangan V yang berbeda phasa _{90 langging [1].} 0

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]:





  cos

90 sin

3 3

VI k

VI k T



P k

3

 ...(2.29)

Dimana:



cos VI

P _{= daya pada beban}

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

R R

e

i  _...(2.31)

Momen lawan (braking torque) adalah sebanding dengan fluksi  dikali arus

induksi sebagai berikut [1]:

i

T_B _...(2.32)

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

R T_B  

2

 ...(2.33)

Bila kecepatan piring mencapai kecepatan konstan maka kedua momen putar dan

momen lawan akan sama besar, sehingga persamaan menjadi [1]:

T

Jika diambil suatu periode waktu tertentu akan diperoleh jumlah putaran yang

besarnya sebanding dengan jumlah energi pada beban, yaitu [1]:

CE

Jadi energi yang diukur dapat ditulis:

C N

E _...(2.39)

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)

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

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

Elemen penggerak/piringan merupakan bagian pada kwh meter yang

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.

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.

Ada 2 kemungkinan untuk merangkai wattmeter pada rangkaian AC fase tunggal:

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

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

padat dari instrument. Ini dihasilkan oleh medan bolak-balik pada kumparan arus

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

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:

1. kWh meter 3 Fase pada dasarnya adalah kWh meter 1 Fase yang disusun

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

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

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

proses akumulasi energi listrik setiap selang waktu (TS). Proses perhitungan

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

Irms

Gambar 2.12 Proses Perhitungan Energi Listrik [7]

Proses aritmatika bagan diatas adalah sebagai berikut

Konversi arus r.m.s ke tegangan dc:

rms i dci k I

v  ...(2.40)

Dengan: Vdci = tegangan dc dari arus

Ki = Konstanta kWh meter

Irms = arus rms

Konversi tegangan r.m.s ke teganga dc

rms v

dcv kV

v  ...(2.41)

Dengan k_idan k_v berturut-turut adalah konstanta konversi linear arus rms dan

tegangan rms ke tegangan dc. Konversi tegangan dc ke bilangan biner [7]



konverter A/D b bit dengan tegangan referensi adalah sebesar V_ref

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

listrik dengan time-sampling sebesar TS detik, maka didapatkan [7]:

v i Ts Khexhex

P  (watthours)...(2.44)

Dengan

 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]:

.5.2 BAGIAN-BAGIAN KILOWATTHOUR METER

DIGITAL/ELE-KTONIK

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

5. LED Indikator Tamper/ Overload

Merupakan sebagai indikator bahwasanya terjadi gangguan pada kwh

6. Impuls

Merupakan indikator pemakaian energi listrik sebagai pengganti piringan

pada kwh meter analog.

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

3. Remote Control (HHU = HAND HOLD UNIT)

Merupakan suatu alat yang digunakan dilapangan untuk mengotrol dan

membaca data stand pada kWh meter

4. Repeater

Merupakan suatu alat yang berfungsi sebagai penguat sinyal PLC (Power

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

- 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.

-. Saluran INTO dan RESET untuk mendeteksi catu-daya turun

(power-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: CT1, CT2, dan CT3digunakan untuk mengukur

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

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

mendeteksi keamanan kemasan alat kWh meter. Power DC untuk mencatu seluruh

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

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:

t

Dari persamaan diatas diketahui bahwa V x I x Cos φ merupakan daya listrik

sehingga diperoleh persamaan energi listrik dalam satuan kwh sebagai berikut

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 :

3 2 1 P P

P

P_total   ...(2.48)

Dimana nilai dari masing-masing fasa yaitu:

Fasa R: P₁VICos...(2.49)

Fasa S: P₂VICos...(2.50)

Fasa T: P₃VICos...(2.51)

Jadi jika beban seimbang, maka:

ILN = Arus fasa ke netral (Amper)

VLL = Tegangan fasa ke fasa (Volt)

VLN = Tegangan fasa ke netral (Volt)

P1ø = Daya 1 fasa (Watt)

P3Ø = Daya 3 fasa (Watt)

Ptotal= 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

Ujung-ujung kumparan dihubungkan seperti dalam bentuk bintang

(biasanya disimbolkan dalam bentuk wye atau Y)

Gambar 2.15 Hubungan Bintang [8]

Dimana:

phasa L

LN LL

I

I

V

V





3

Dari persamaan diatas diperoleh nilai daya:



 V I Cos

Cos I

V

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 :

phasa L

LN LL

I

I

V

V

3





Dari persamaan diatas diperoleh nilai daya:



 V I Cos

Cos I

V

P3 _{phasa phasa}  3 _{LL L}

2.8 FAKTOR DAYA

Faktor daya dapat dijelaskan dengan menggunakan segitiga daya Gambar

2.17:

 

Cos I

V Cos I V S P Daya

Faktor    ... (2.53)

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

Faktor 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:

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

mendahului (Leading) ditunjukkan seperti Gambar 2.20:

I

V φ