PENGUKURAN ENERGIARUS BOLAK-BALIK

1

I. SEKILAS TENTANG ALAT UKUR ENERGIDalam transaksi energi listrik antara perusahaan listrik dengan pelanggannya diperlukan alat ukur yang berfungsi mengukur Energi listrik sesuai dengan pemakaian.Alat ukur energi listrik yang paling banyak digunakan adalah meter kWh, meter kVARh, meter kVAh.

Alat ukur energi bila ditinjau dari jumlah/sistem phasa terdiri dari :

Meter 1P2Wmeter 3P4Wmeter 3P3W

Pengukuran energi bila ditinjau dari besar tegangan dan kuat arus terdiri dari :

1. Pengukuran langsung, yaitu meter disambung langsung antara jaringan dengan bebannya, pengukuran langsung digunakan untuk pengukuran pada tegangan rendah dan beban kecil tidak lebih dari 100 amper.2. Pengukuran tidak langsung, yaitu pengukuran dengan alat ukur bantu ( PT , CT ), meter disambung pada sisi sekunder, sedangkan sisi primer disambung antara jaringan dan beban, pengukuran tidak langsung digunakan pada :

a. Tegangan rendah dengan kuat arus besar.b. Tegangan menengah.c. Tegangan tingga.d. Tegangan ekstra tinggi.

Alat ukur energi bila ditinjau dari unjuk kerjanya terdiri dari :

Meter ElektromekanikMeter Elektronik.

2

II. RANGKAIANN DASAR METER ENERGI

3

I

V Loadsource

I

VQ

DIAGRAM PHASOR 1P-2W

Rangkaian kWh meter 1p-2w

Daya P = V . I . Cos Q

1. kWh METER 1P-2W

4

W 1 W 2 W 3

load

2. kWh METER 3P – 4W

V1

V2V3

I1

I2

I3

In

Q1

Q2

Q3

DIGRAM PHASOR 3P 4W

Daya P = w1 + w2 + w3

= v1 . I1 + v2 . I2 + v3 . I3

= v1 . I1. cos Q1 + v2 . I2 . Cos Q2 + v3 . I3 . Cos Q3

Rangkaian kWh meter 1p-2w

V1

V2

V3

I1

I2

I3

5

VAr 1 VAr 2 VAr 3

load

V1

V2V3

I1

I2

I3

In

Q1

Q2Q3

DIAGRAM PHASOR kVArh 3P 4W

V12

V23

V31

Daya reaktif Q = var1 + var2 + var3

= V23 . I1 . cos(900-Q1) + V31 . I2 .cos(900-Q2) + V12 . I3 . cos(900-Q3)Bila cos ( 900 – Q) = sin Q , maka : Q = V23 . I1 . Sin Q1 + V31 . I2 . Sin Q2 + V12 . I3 . Sin Q3V23 ; V31; V12 adalah tegangan fasa-fasa maka untuk mendapatkan nilai tegangan fasa netral harus dibagi dengan faktor kali 1/ 3

3. kVArh meter 3p-4w

I1

I2

I3

V1

V2

V3

6

W 1 W 2

4. kWh meter 3P – 3W

V1

V2

V3

I1

I2

I3

Q1

Q2Q3

DIAGRAM PHASOR 3P-3W

V12

V32

30 0

30 0

Pengukuran energi dengan meter 3p-3w hanya dapat digunakan pada jaringantiga fasa tidak menggunakan saluran netral atau beban tampa saluran netral, sehingga berlaku

I1 + I2 + I3 = 0

V12 = V1 – V2

V32 = V3 – V2

v1v2v3

I1

I2

I3

V12

V32

7

-I2

I1 + I2 + I3 = 0

I1 + I3 = - I2

V12 = V1 – V2

V32 = V3 – V2

P = W1 + W2 = V12 . I1 + V32 . I3

= (V1 – V2) . I1 + ( V3 – V2 ) . I3

= V1 .I1 – V 2 .I1 + V3 . I3 – V2 . I3

= V1 . I1 – V2 . ( I1 + I3 ) + V3 I3

= V1 . I1 - V2 . ( - I2 ) + V3 . I3

= V1 . I1 + V2 . I2 + V3 . I3

Daya P = V1 . I1 + V2 . I2 + V3 . I3

V1

V2

V3

I1

I2

I3

Q1

Q2Q3

DIAGRAM PHASOR 3P-3W

V12

V32

30 0

30 0

8

-I2

Daya yang terukur oleh meter :

W 1 W 2

4. kWh meter 3P – 3W untuk mengukur pada sistem jaringan 3P-4W

V1

V2

V3

I1

I2

I3

Q1

Q2Q3

DIAGRAM PHASOR 3P-3W

V12

V32

30 0

30 0

Pengukuran energi dengan meter 3p-3w jika untuk pengukuran pada jaringantiga fasa dengan saluran netral (3p-4w) sehingga berlaku

I1 + I2 + I3 + IN= 0

V12 = V1 – V2

V32 = V3 – V2

v1v2v3

I1

I2

I3

V12

V32

7a

-I2

IN

IN

I1 + I2 + I3 + IN= 0

I1 + I3 = - I2 - IN

V12 = V1 – V2

V32 = V3 – V2

P = W1 + W2 = V12 . I1 + V32 . I3

= (V1 – V2) . I1 + ( V3 – V2 ) . I3

= V1 .I1 – V 2 .I1 + V3 . I3 – V2 . I3

= V1 . I1 – V2 . ( I1 + I3 ) + V3 I3

= V1 . I1 - V2 . ( -I2 -IN) + V3 . I3

= V1 . I1 + V2 . I2 + V2 . IN + V3 . I3 (2)

Daya P = V1 . I1 + V2 . I2 + V3 . I3 (1)

V1

V2

V3

I1

I2

I3

Q1

Q2Q3

DIAGRAM PHASOR 3P-3W

V12

V32

30 0

30 0

8a

-I2

Daya yang terukur oleh meter :

Persamaan (1) tidak sama dengan persamaan (2) , maka pengukuran energidengan meter 3P-3W tidak dapat digunakan untuk mengukur pada sistemjaringan 3P-4W

IN

III. ALAT BANTU PENGUKURAN ENERGI

9

1. CURREN TRANSFORMER ( CT )

Current Transformer (CT) adalah suatu alat bantu pengukuran arus listrik yangberfungsi untuk mengubah arus dengan besaran tertentu pada sisi primer kebesaran arus tertentu yang lebih kecil pada sisi sekunder. (Diktat DIKLAT PANDAAN)

Karena pada umumnya arus maksimum yang diperkenankan alat ukur atau releykecil sekitar 5 amper atau 1 amper maka dengan menggunakan CT kita dapatmengukur arus yang besar pada jaringan.

Ratio CT adalah perbandingan arus primer / arus sekunder.

RCT = IP / IS

Contoh : 10 /5 Amper ; 15 / 5 Amper ; 50 / 5 Amper ; 100 / 5 Amper ;500 / 1 Amper ; 1000 / 1 Amper .

Kelas CT adalah menunjukan akurasi ratio ct yang dinyatakan dalam prosen

Kelas CT ini terdiri dari : kelas untuk metering , contoh kelas 0,2 s ; 0,5 s ; 1. 0 ; 2.0. kelas untuk proteksi , contoh kelas 5p20 ;

10

Burden menunjukkan kemampuan CT untuk menerima sampai batasimpedansi tertentu pada sisi sekunder , contoh burden 1.5 VA (volt ampere), 3VA, 5 VA dst.

Agar dapat mendapatkan pengukuran arus yang akurat, maka beban/impendansipada sisi sekunder CT tidak boleh lebih besar dari burden CT.

Z1

Z LP S

I P I S( Z1 + ZL). IS < burden CT

Z1 = impedansi kawat penghubung.ZL = impedansi alat ukur / relay

Bila diketahui burden CT = 2,5 VA burden terminal arus meter = 0,7 VA kabel NYAF 4 mm2 dengan 4,6 ohm/km

Berapa meter kabel NYAF yang diperbolehkan ?

11

Arus maksimum sekender CT = 5 amper.

Lossis kabel penghantar = burden CT - burden terminal arus meter = 2,5 - 0,7 = 1,8 VA

Impedansi kabel penghantar = 1, 8 : 5 2 = 0,072 ohm

Data kabel NYAF = 4,6 ohm/km = 0,0046 ohm /m

Jadi panjang kabel maksimum = 0,072 : 0,0046 = 15,6 meter

Atau panjang kabel maksimum hanya 7,8 meter circuit.

KEJENUHAN CT

Yang dimaksud dengan kejenuhan adalah inti trafo tidak mampu menampungmagnitisasi yang harus dialirkan karena arus primer yang besar, sehinggaarus sekunder tidak lagi sebanding dengan arus primer.

Kurva kejenuhan CT dapat digambarkan sebagai kurva Es terhadap arusEksitasi Iexct

12

Es

Iexct

O Knee point

O Knee point

Kurva untuk proteksi

Kurva untuk metering

KURVA SATURASI CT DENGAN 2 CORE

CT Metering jenuh pada arus gangguan , pada kondisi ini arus sekunder CTtidak sebanding dengan arus primer sehingga alat pengukur tidak menjadi rusak.

CT Proteksi diharapkan tidak jenuh pada arus gangguan yang besar sehinggaarus sekunder CT sebanding dengan arus gangguan agar relay dapat bekerja.

13

Potential trasformer (PT) adalah alat bantu pengukuran untuk mengukur tegangan yang lebih tinggi dari tegangan alat ukur.

Ratio PT adalah perbandingan tegangan primer dan tegangan sekunder.

Ratio PT = VP / VS

Seperti halnya pada CT , ada beberapa faktor yang harus diperhatikan dalamMerencanakan / memasang PT adalah :

RatioKesalahan RatioBurden.

Rangkaian PT adalah dihubungkan parallel terhadap jaringan dan beban.

2. Potential trasformer (PT)

14

IV. DIAGRAM PENGAWATAN METER ENERGI

15

load

source kWh meter

1. PENGUKURAN ENERGI 1P-2W LANGSUNG TEGANGAN RENDAH

16

load

source kWh meter kVArh meter

2. PENGUKURAN ENERGI LANGSUNG 3P-4W TEGANGAN RENDAH

17

load

source kWh meter kVArh meter

K

K

K

L

L

L

s1

s1

s1

s2

s2

s2

3. PENGUKURAN ENERGI 3P-4W TIDAK LANGSUNG TEGANGAN RENDAH

18

load

source kWh meter kVArh meter

K

K

K

L

L

L

s1

s1

s1

s2

s2

s2

3a. PENGUKURAN ENERGI 3P-4W TIDAK LANGSUNG TEGANGAN RENDAH

18a

load

kWh meter kVArh meter

R S Tsource

4. PENGUKURAN ENERGI TIDAK LANGSUNGDENGAN METER 3P-4W TEGANGAN MENENGAH/TINGGI

19

K

L

s1s2

K

L

s1s2

K

L

s1s2

PT 20 000 10033 V

K

K

L

L

s1

s1

s2

s2

PT 20 000 10033

R TSsource

load

METER ENERGI3P-3W

5. PENGUKURAN TIDAK LANGSUNG METER ENERGI 3P-3W DENGAN 2 CT DAN 3 PT TEGANGAN MENENGAH/TINGGI

V

20

K

K

L

L

s1

s1

s2

s2

PT 20 000 100 V

R TSsource

load

METER ENERGI3P-3W

6. PENGUKURAN TIDAK LANGSUNG METER ENERGI 3P-3W DENGAN 2 CT DAN 2 PT TEGANGAN MENENGAH/TINGGI

21

K

K

L

L

s1

s1

s2

s2

PT 20 000 100

33

R TSsource

load

METER ENERGI3P-3W

7. PENGUKURAN TDK LANGSUNG METER 3P-3W DAN METER 3P-4WDENGAN 2 CT DAN 3 PT TEGANGAN MENENGAH/TINGGI

V

METER ENERGI3P-4W

22

K

K

L

L

s1

s1

s2

s2

PT 20 000 100

33

R TSsource

load

METER ENERGI3P-3W

V

METER ENERGI3P-4W

22

7a. PENGUKURAN TDK LANGSUNG METER 3P-3W DAN METER 3P-4W DENGAN 2 CT DAN 3 PT TEGANGAN MENENGAH/TINGGI

23

V. PEMASANGAN DAN PENGAMANAN ALAT UKUR ENERGI DAN PERLENGKAPANNYA

24

1. PEMASANGAN ALAT PENGUKUR ENERGI.Alat pengukur harus dipasang pada tempat yang terhindar dari gangguan lingkungan sekirarnya, meter harus dihindarkan dari :a. Air hujan.b. Sinar matahari langsung.c. Debu, asap yang mengandung gas yang korosif.d. Suhu sekitarnya tidak melebihi 400 C.e. Benda atau binatang pengerat yang dapat merusak kabel.f. Tegak lurus.g. Pengaruh medan magnet.

2. PENGAMAN ALAT UKURAgar kinerja alat ukur akurat perlu dilakukan pengamanan, kecuali dari gangguanlingkungan sekitarnya juga dari tindakan yang disengaja oleh oknum tertentu untukmempengaruhi kinerja alat pengukur energi. Untuk mengurangi hal tersebut semuaperalatan yang dapat dibuka harus disegel atau dikunci, kecuali memang pelanggandiperkenankan untuk membuka.

25

a. PenyegelanYang harus disegel :1. Tutup meter.2. Tutup terminal arus dan tegangan meter.3. Tutup terminal arus pembatas.4. O A K5. Tutup kotak APP6. Tutup terminal CT7. Tutup terminal PT8. Pintu gardu/sel pengukuran

b. Kunci/gembok

Pintu gardu/sel pengukuran atau tutup kotak APP khusus yang dikondisikan dapatdipasang kunci/gembok harus dipasang kunci/gembok khusus yang biasa maupunyang elektronok.

26

VI. KESALAHAN PENGAWATAN

27

W 1 W 2 W 3

load

1. Polaritas arus terbalik satu fasa pada kWh meter 3P – 4W

V1

V2V3 - I1

I2

I3

Q1 Q2

Q3

Daya P = v1 . - I1 + v2 . I2 + v3 . I3

= v1 . - I1. cos Q1 + v2 . I2 . Cos Q2 + v3 . I3 . Cos Q3

= - w1 + w2 + w3

Rangkaian kWh meter 1p-2w

V1

V2

V3

I1

I2

I3

28

Bila beban seimbang P = -W + W + W = 1 WYang seharusnya P = 3 W, jadi kesalahan penunjukan = - 66 %

W 1 W 2 W 3

load

2. kWh METER 3P – 4W terminal tegangan R tersambung fasa S, terminal tegangan S tersanbung fasa R

V1

V2V3

I1

I2

I3

In

Q1

Q2

Q3

Daya P = w1 + w2 + w3= v2 . I1 + v1 . I2 + v3 . I3= v2 . I1. cos (1200 - Q1) + v1 . I2 . Cos ( 1200 + Q2 ) + v3 . I3 . Cos Q3

Rangkaian kWh meter 1p-2w

V1

V2

V3

I1

I2

I3

Misalkan beban seimbang ,maka

Yang seharusnya P = 3 v I , jadi register meterberhenti

29

K

K

L

L

s1

s1

s2

s2

PT 20 000 10033

R TSsource

METER ENERGI3P-3W

3. METER ENERGI 3P-3W , TERMINAL ARUS R TERHUBUNG TERBALIK

V

V1

V2

V3

-I1I2

I3

Q1 Q2Q3

V12

V32

30 0

30 0

Misalkan beban dan tegangan seimbang

180o

30

K

K

L

L

s1

s1

s2

s2

PT 20 000 10033

R TSsource

METER ENERGI3P-3W

4. METER ENERGI 3P-3W , TERMINAL TEGANGAN STERSAMBUNG DENGAN NETRAL

V

Misalkan beban dan tegangan seimbang

V1

V2

V3

I1

I2

I3

Q1

Q2Q3

V12

V32

30 0

30 0

31

Trafo mesin las ( L )380 V , 10 A , cos.Q 0.3

METER ENERGI3P-4W

W1 W2 W3

V1

V3V2

V1V2V3N

I1

I3

I2

INIL

QL

L

Mesin las dihubungkan pada fasa Rdan SMaka daya mesin las ( PL )

= V12 . IL . Cos QL

Daya yang terukur pada kWh meter P = W1 + W2 + W3I1 = IL I2 = - IL I3 = 0QI = QL – 300 Q2 = QL + 1800 - 1500

V12

I1

I2

Q1

Q2

5. BEBAN DIHUBUNGKAN PADA FASA - FASA

Kesimpulan : Daya mesin las PL sama dengan daya yang terukur pada kWh meter P

PL = P

Burden 10 VA

Burden 100 VA

Power ConsumptiomCurrent 0.25 VAVoltage 0.4 VA

32

Burden 100 VA

Power ConsumptiomCurrent 0.25 VAVoltage 0.4 VA

Power suply OCR50 VA

Power suply modem10 VA

34

SEGEL TUTUP METER

SEGEL TUTUP TERMINALARUS DAN TEGANGAN

SEGEL TUTUPTERMINAL SEKUBDER PT

SEGEL TUTUP TERMINAL SEKUNDER CT

BEBAN PADA ARUS BOLAK-BALIK

Beban pada arus bolak-balik merupakan impedansi (Z) yang terdiri dari resistanmurni ( R ), reaktansi induktif ( XL ) dan reaktansi kapasitif ( XC ).

1. Arus beban pada R sefasa dengan tegangan.

VI

2. Arus beban pada XL tertinggal (laging) 900

V

I

3. Arus beban pada XC mendahului (leading) 900

V

I

Z

Z

Z

R

R

RXL XL

XC

XC

V= VR2 + (VXL)2 V = (VR)2 + (VXC)2

Z = R2 + (XL + XC)2

XC

XL

V

VR V X

Z = R2 + (XL)2

VR = R . I . cosQ

Q

VXL = XL . I . SinQ

Z = R2 + (XC)2

VR = R . I . cosQ

VXC = XC . I . SinQ

PENGERTIAN DAYA LISTRIK ARUS BOLAK-BALIK

Telah diketahui karakteristik beban pada rangkaian arus bolak-balik, makadaya akan terdiri dari :1. Daya semu (S) = V . I satuan VA2. Daya aktif (P) = V . I . cos Q satuan watt3. Daya reaktif (Q) = V . I . sin Q satuan VAr

Hubungan dari ketiga daya tersebut dapat digambarkan sebagai segitiga daya

P

QS

q

W1 = V12 . I1 cos (300 + Q1)W3 = V32 . I3 cos (300 - Q3)

Daya P = W1 + W3

P = V12 . I1 . Cos(300 + Q1) + V32 . I3 cos(300 – Q3)

Bila tegangan V1 = V2 = V3 V12 = V32 = VLBila arus beban I1 = I2 = I3 = IL

P = VL . IL. Cos(300 + Q1) + VL . IL . cos(300 – Q3) = VL . IL {cos (300 + Q) +cos (300 - Q)}

P = VL . IL . 2 . Cos 300 . Cos Q = VL . IL . 2 . 0,866 . Cos Q = 1,732 . VL . IL . Cos Q

V1

V2

V3

I1

I2

I3

Q1

Q2Q3

DIAGRAM PHASOR 3P-3W

V12

V32

30 0

30 0

2 Cos a Cos b = Cos (a+b) + Cos (a-b)

-I2

Rumus trigonometri untuk jumlah dan selisih sudut.

Rumus trigonometri untuk sudut rangkap (2a).Sin 2 a = 2 Sin a . cos aSin 3 a = -4 Sin3 a + 3 Sin aCos 2 a = Cos2 a – Sin2 aCos 2 a = 1 – 2 Sin2 aCos 2 a = 2 Cos2 a – 1Cos 3a = 4 Cos3 a – 3 Cos a

Rumus trigonometri sudut pertengahan (1/2 a).

Rumus trigonometri perkalian sinus dan cosinus.2 Sin a Cos b = Sin (a+b) + Sin (a-b)2 Cos a Sin b = Sin (a+b) – Sin (a-b)2 Cos a Cos b = Cos (a+b) + Cos (a-b)2 Sin a Sin b = – { Cos (a+b) – Cos (a-b) }Rumus jumlah dan selisih trigonometri.