5

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Parameter Besaran listrik

Parameter Besaran listrik adalah segala sesuatu yang mencakup mengenai

besaran listrik dan dapat dihitung ataupun diukur. Parameter besaran listrik

bermacam-macam, diantaranya tegangan, arus, cos phi, frekuensi, daya, dll.

2.1.1 Tegangan

Tegangan adalah perbedaan potensial listrik antara dua titik dalam

rangkaian listrik, dan dinyatakan dalam satuan volt. Besaran ini mengukur energi

potensial dari sebuah medan listrik yang mengakibatkan adanya aliran listrik

dalam sebuah konduktor listrik. Tergantung pada perbedaan potensial listriknya,

suatu tegangan listrik dapat dikatakan sebagai ekstra rendah, rendah, tinggi atau

ekstra tinggi. Secara definisi tegangan listrik menyebabkan obyek bermuatan

listrik negatif tertarik dari tempat bertegangan rendah menuju tempat bertegangan

lebih tinggi. Sehingga arah arus listrik konvensional didalam suatu konduktor

mengalir dari tegangan tinggi menuju tegangan rendah.

Voltmeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur beda potensial

listrik . Voltmeter biasanya disusun secara paralel (sejajar) dengan sumber

tegangan atau peralataan listrik. Tetapi didalam alat ini hanya terdapat terminal

yang langsung disambungkan ke beban . Didalam alat ini terdapat pengukuran

tegangan antar phasa dan phasa dengan netral.

Beban

Gambar 2.1Rangkaian voltmeter

V ~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

2.1.2 Amperemeter

Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang disebabkan dari

pergerakan elektron-elektron, mengalir melalui suatu titik dalam sirkuit listrik tiap

satuan waktu. Arus listrik dapat diukur dalam satuan Coulomb/detik atau

Ampere. Alat pengukur arus listrik adalah amperemeter. Amperemeter adalah alat

yang digunakan untuk mengukur kuat aruslistrik yang ada dalam rangkaian

tertutup.Amperemeter biasanya dipasang berderet dengan elemenlistrik.Cara

menggunakannya adalah dengan menyisipkan amperemeter secara langsung ke

rangkaian.

Beban

Gambar 2.2 Rangkaian amperemeter

2.1.3 Daya aktif

Daya aktif (Active Power) adalah daya yang terpakai untuk melakukan

energi sebenarnya. Satuan daya aktif adalah Watt.

P = V. I . Cos φ

P = 3 . VL. IL . Cos φ

Daya ini digunakan secara umum oleh konsumen dan dikonversikan dalam bentuk

kerja.

~

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

Gambar 2.3 Rangkaian wattmeter

2.1.4 Daya Reaktif

Daya reaktif adalah jumlah daya yang diperlukan untuk pembentukan

medan magnet. Dari pembentukan medan magnet maka akan terbentuk fluks

medan magnet. Contoh daya yang menimbulkan daya reaktif adalah

transformator, motor, lampu pijar dan lain – lain. Satuan daya reaktif adalah Var.

Q = V.I.Sin φ

Q = 3 . VL. IL. Sin φ

Didalam daya reaktif dibagi lagi menjadi beberapa bagian, yaitu :

- Daya Reaktif (induktif/KVarh.L)

- Daya Reaktif (kapasitif/KVarh,C)

2.1.5 Faktor Daya

Faktor daya (Cos φ) dapat didefinisikan sebagai rasio perbandingan antara

daya aktif (Watt) dan daya nyata (VA) yang digunakan dalam sirkuit AC atau

beda sudut fasa antara V dan I yangbiasanya dinyatakan dalam cos φ . Faktor

Daya = Daya Aktif (P) / Daya Nyata (S) = kW / kVA

= V.I Cos φ / V.I

= Cos φ

Faktor daya mempunyai nilai range antara 0 – 1 dan dapat juga dinyatakan

dalam persen. Faktor daya yang bagus apabila bernilai mendekati satu. Tan φ =

Daya Reaktif (Q) / Daya Aktif (P) = kVAR / kW

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

karena komponen daya aktif umumnya konstan (komponen kVA dan kVAR

berubah sesuai dengan

faktor daya), maka dapat ditulis seperti berikut :

Daya Reaktif (Q) = Daya Aktif (P) x Tan φ

sebuah contoh, rating kapasitor yang dibutuhkan untuk memperbaiki faktor daya

sebagai berikut :

Daya reaktif pada pf awal = Daya Aktif (P) x Tan φ1

Daya reaktif pada pf diperbaiki = Daya Aktif (P) x Tan φ2

sehingga rating kapasitor yang diperlukan untuk memperbaiki faktor daya adalah :

Daya reaktif (kVAR) = Daya Aktif (kW) x (Tan φ1 - Tan φ2)

Beberapa keuntungan meningkatkan faktor daya :

- Tagihan listrik akan menjadi kecil (PLN akan memberikan denda jika pf

lebih kecil dari 0,85)

- Kapasitas distribusi sistem tenaga listrik akan meningkat

- Mengurangi rugi – rugi daya pada system

- Adanya peningkatan tegangan karena daya meningkat.

Jika pf lebih kecil dari 0,85 maka kapasitas daya aktif (kW) yang

digunakan akan berkurang. Kapasitas itu akan terus menurun seiring

dengan menurunnya pf sistem kelistrikan. Akibat menurunnya pf maka

akan timbul beberapa persoalan diantaranya :

- Membesarnya penggunaan daya listrik kWH karena rugi – rugi

- Membesarnya penggunaan daya listrik kVAR

- Mutu listrik menjadi rendah karena jatuh tegangan (voltage drops)

Denda atau biaya kelebihan daya reaktif dikenakan apabila jumlah

pemakaian kVARH yang tercatat dalam sebulan lebih tinggi dari 0,62

jumlah kWH pada bulan yang bersangkutan sehingga pf rata – rata kurang

dari 0,85. sedangkan perhitungan kelebihan pemakaian kVARH dalam

rupiah menggunakan rumus sebagi berikut :

Kelebihan pemakaian kVARH = [ B – 0,62 ( A1 + A2 )] Hk

dimana :

B = pemakaian kVARH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

A1 = pemakaian kWH WPB

A2 = pemakaian kWH LWBP

Hk = harga kelebihan pemakaian kVARH

Gambar 2.4Hubungan daya aktif, reaktif dan kapasitansi

Seperti terlihat pada gambar 2.5, daya reaktif yang dibutuhkan oleh

induktansi selalu mempunyai beda fasa 90° dengan daya aktif. Kapasitor

menyuplai kVAR dan melepaskan energi reaktif yang dibutuhkan oleh induktor.

Ini menunjukan induktansi dan kapasitansi mempunyai beda fasa 180°. Beberapa

strategi untuk koreksi faktor daya adalah :

- Meminimalkan operasi dari beban motor yang ringan atau tidak bekerja

- Menghindari operasi dari peralatan listrik diatas tegangan rata – ratanya

- Mengganti motor – motor yang sudah tua dengan energi efisien motor.

Meskipun dengan energi efisien motor, bagaimanapun faktor daya

diperngaruhi oleh beban yang variasi. Motor ini harus dioperasikan sesuai

dengan kapasitas rat – ratanya untuk memperoleh faktor daya tinggi.

- Memasang kapasitor pada jaringan AC untuk menurunkan medan dari

daya reaktif.

Selain itu, pemasangan kapasitor dapat menghindari :

- Trafo kelebihan beban (overload), sehingga memberikan tambahan daya

yang tersedia

- Voltage drops pada line ends

Untuk pemasangan Capasitor Bank diperlukan :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

- Kapasitor, dengan jenis yang cocok dengan kondisi jaringan

- Regulator, dengan pengaturan daya tumpuk kapasitor (Capasitor Bank)

otomatis

- Kontaktor, untuk switching kapasitor

- Pemutus tenaga, untuk proteksi tumpuk kapasitor.

Energi listrik digunakan berbanding lurus dengan biaya produksi yang

dikeluarkan. Semakin besar energi listrik yang digunakan maka semakin besar

biaya produksi yang dibutuhkan. Dengan menggunakan power monitoring system

dapat diketahui pemakaian energi listrik dan kondisi energi listrik dari peralatan

listrik sehingga menigkatkan efisiensi dari energi listrik yang digunakan dalam

pekerjaan dan meminimalkan rugi – rugi pada sistem untuk penyaluran energi

listrik yang lebih efisien dari sumber listrik ke beban.

Gambar 2.5 Kompensasi daya reaktif

Faktor daya terdiri dari dua sifat yaitu faktor daya “leading” dan faktor daya

“lagging”. Faktor daya ini memiliki karakteristik seperti berikut :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

Faktor Daya “leading”

Apabila arus mendahului tegangan, maka faktor daya ini dikatakan

“leading”. Faktor daya leading ini terjadi apabila bebannya kapasitif, seperti

capacitor,generator sinkron, motor sinkron .

Gambar 2.6 faktor daya leading

Gambar 2.7 Segitiga daya untuk beban kapasitif

Faktor Daya “lagging”

Apabila tegangan mendahului arus, maka faktor daya ini dikatakan

“lagging”. Faktor daya lagging ini terjadi apabila bebannya induktif, seperti motor

induksi, AC dan transformator.

Gambar 2.8 Faktor daya “lagging”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

Gambar 2.9 Segitiga daya untuk beban induktif

2.2 Transformator Arus (CT)

Transformator arus (CT) berfungsi untuk menurunkan arus tinggi/besar ke

arus yang lebih rendah untuk pengukuran dan proteksi. Kumparan primer pada

trafo dihubungkan secara seri dengan beban sedangkan kumparan sekundernya

dihubungkan dengan sirkit arus dari alat pengukur arus (ampere meter) atau alat

pengukur daya (watt meter). Selain itu fungsi Transformator Arus (CT) adalah :

a. Memperkecil besaran arus pada sistem tenaga listrik menjadi besaran arus

untuk sistem pengukuran.

b. Mengisolasi rangkaian sekunder terhadap rangkaian primer.

c. Standarisasi rating arus untuk peralatan sisi sekunder.

Gambar 2.10 Transformator Arus

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

Berdasarkan rumus :

I1 N1 = I2 N2

= =

Dimana a,

I1 > I2 sehingga N1 N2

N1 = jumlah lilitan primer

N2 = jumlah lilitan sekunder

Gambar 2.11 Konstruksi Trafo Arus

Ada 2 tipe dari transformator arus, yaitu tipe lilitan dan tipe tusukan.

a b

Gambar 2.12 Konstruksi transformator arus, a) Tipe tusukan b) Tipe lilitan

Pada tipe lilitan, kedua kumparan primer dan sekunder dililitkan melalui

satu inti besi sedangkan tipe tusukan kumparan primernya terdiri atas satu

konduktor tunggal yang ditusukan melalui jendela yang dibentuk dari inti besi.

Disamping tipe lilitan dan tusukan tersebut, masih terdapat tipe lain yang dikenal

dengan tipe jendela dimana lilitan primernya tidak diberikan akan tetapi pemakai

dapat membentuknya sendiri pada saat penggunaannya dengan memberikan

sejumlah lilitan yang diperlukn pada sisi primernya. Tipe lilitan digunakan pada

umumnya bila harga nominal dari arus primer adalah di bawah 1000 A.

Sedangkan tipe-tipe lainnya dipergunakan pada arus-arus primer yang mempunyai

harga nominal lebih tinggi.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14

2.2.1 Karakteristik Transformator Arus (CT)

Gambar 2.13 Diameter Inti Transformator

Arus primer (Ip) membangkitkan fluks magnet di inti besi, makin besar

arus yang mengalir maka semakin besar fluks magnet yang mengalir sehingga

fluks magnet yang dihasilkan tidak tertampung lagi sehingga Es tidak mampu naik

lagi, pada kondisi tersebut transformator arus sudah jenuh. Jika transformator arus

sudah mencapai titik jenuh sedangkan arus primer terus naik, maka kesalahan

rasio (error ratio) akan membesar bahkan sekunder CT akan terjadi kegagalan

(collapse).

Gambar 2.14 Karakteristik transformator arus pengukuran dan proteksi

Jika dilihat dalam gambar karakteristik transformator arus, titik kejenuhan

transformator arus proteksi lebih besar dari transformator arus pengukuran.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

Kejenuhan transformator arus pengukuran pada sekunder merupakan suatu

manfaat, CT pengukuran lebih cepat jenuh daripada CT proteksi. Hal ini,

diperlukan untuk melindungi alat ukur dikarenakan kemampuan dari alat ukur

adalah terbatas. Transformator arus pengukuran akan tetap menjaga arus di

sekunder di bawah batas ukur dari alat ukur.

2.2.2 Burden (Beban)

A. Beban Pengenal

1. Beban CT dinyatakan dalam VA

2. Nilai beban umum digunakan :2,5; 5 ; 7,5 ; 10; 15; 30 VA

3. Nilai dari beban CT dimana klas ketelitian dinyatakan

B. Arus Pengenal Kontinyu

Umumnya digunakan pada sisi primer, misalnya 1000/1 A, 2000/1 A.

C. Arus Pengenal Waktu Singkat (Short Time Rated Current)

Umumnya dinyatakan dalam batas waktu 0,5 ; 1 ; 2 ; 3 detik. Dinyatakan

pada keadaan sekunder CT hubung singkat. Sehingga tidak akan

menimbulkan kerusakan

D. Pengenal Arus Dinamik

Perbandingan Ipuncak / Ipengenal. Dimana Ipuncakadalah arus maksimum CT yang

diijinkan tanpa menimbulkan kerusakan.

2.2.2 Kelas Ketelitian CT

a. Kesalahan rasio CT

Kesalahan transformator pada pengukuran arus, yang muncul dari

kenyataan bahwa rasio transformasi sebenarnya, tidak sama dengan transformasi

pengenal.

Kesalahan arus dinyatakan dalam persen rumus :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

Kesalahan arus % = x 100

Dimana, adalah rasio transformasi pengenal, adalah arus primer

sebenarnya, dan adalah arus sekunder sebenarnya pada waktu mengalir,

selama pengukuran.

b. Kesalahan fasa

Gambar 2.15 Kesalahan sudut

Menurut SPLN 55 Tahun 1984 trafo arus yang digunakan untuk pengukuran

adalah trafo arus kelas 1,0 untuk pengukuran tegangan rendah dan trafo arus kelas

0,5 untuk pengukuran tegangan menengah dan tegangan tinggi.

Kesalahan sudut fasa berpengaruh bila pengukuran menyangkut besaran arus

dan tegangan, misalnya pengukuran daya aktif maupun reaktif.

Gambar 2.16 Vektor Arus dan Tegangan

Tabel 2.1 Batas kesalahan arus dan kesalahan sudut untuk kelas 0,1 s/d 1,0 sesuai IEC

60044-1

Kelas

Ketelitian

% Kesalahan rasio arus pada % dari

arus pengenal

Pergeseran fasa pada % dari

arus pengenal

Menit (1/60 derajat)

5 20 100 120 5 20 100 120

0,1 0,4 0,2 0,1 0,1 15 8 5 5

1 = +

2 = -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17

0,2 0,75 0,35 0,2 0,2 30 15 10 10

0,5 1,5 0,75 0,5 0,5 90 45 30 30

1,0 3,0 1,5 1,0 1,0 180 90 60 60

Tabel 2.2 Batas kesalahan arus dan kesalahan sudut untuk kelas 0,2 dan 0,5S sesuai

IEC 60044-1

Kelas

Ketelitian

% Kesalahan rasio arus pada %

dari arus pengenal

Pergeseran fasa pada % dari

arus pengenal

Menit (1/60 derajat)

1 5 20 100 120 1 5 20 100 120

0,2S 0,75 0,35 0,2 0,2 0,2 30 15 10 10 10

0,5S 1,5 0,75 0,5 0,5 0,5 90 45 30 30 30

2.3 MCB

MCB adalah singkatan dari Miniature Circuit Breaker, fungsi MCB

adalah sebagai peralatan pengaman terhadap gangguan hubung singkat dan beban

lebih yang mana akan memutuskan secara otomatis apabila lebih dari arus

nominalnya.

MCB merupakan sebuah pengaman yang bekerja berdasarkan prinsip Bimetal,

dengan beberapa elemen operasi yaitu :

1. Terminal trip (Bimetal)

2. Elektromagnetik trip (coil)

3. Pemadam busur api

4. Mekanisme pemutusan

Berdasarkan konstruksinya, maka MCB memiliki dua cara pemutusan yaitu :

- Pemutusan bersarkan panas dan berdasarkan elektromagnetik.

- Pemutusan berdasarkan panas dilakukan oleh batang bimetal

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18

Pemutusan berdasarkan panas dilakukan oleh batang bimetal, yaitu :

perpaduan dua buah logam yang berbeda koefisien muai logamnya. Jika terjadi

arus lebih akibat beban lebih, maka bimetal akan melengkung akibat panas dan

akan mendorong tuas pemutus tersebut untuk melepas kunci mekanisnya.

Pemutusan berdasarkan elektromagnetik dilakukan oleh koil, jika terjadi hubung

singkat maka koil akan terinduksi dan daerah sekitarnya akan terdapat medan

magnet sehingga akan menarik poros dan mengoperasikan tuas pemutus. Untuk

menghindari dari efek lebur, maka panas yang tinggi dapat terjadi bunga api yang

pada saat pemutusan akan diredam oleh pemadam busur api (arc-chute) dan bunga

api yang timbul akan masuk melalui bilah-bilah arc-shute tersebut.

Keuntungan sebuah pengaman otomatis adalah dapat segera digunakan lagi

setelah terjadi pemutusan, dalam pengaman otomatis terdapat kopeling jalan

bebas karena kopling ini otomatnya tidak bisa digunakan kembali kalau

gangguanya belum diperbaiki. Sifat dari MCB adalah :aasdasdasd

a. Arus beban dapat diputuskan bila panas yang ditimbulkan melebihi dari panas

yang diizinkan

b. Arus hubung singkat dapat diputuskan tanpa adanya perlambatan

c. Setelah dilakukan perbaikan , maka MCB dapat digunakan kembali

Gambar 2.17 bagian MCB

Keterangan gambar :

1. Tuas aktuator operasi On-Off

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19

2. Mekanisme Actuator

3. Kontak penghubung

4. Terminal Input-Output

5. Batang Bimetal

6. Plat penahan & penyalur busurapi

7. Solenoid / Trip Coil

8. Kisi-kisi pemadam busur api

Berdasarkan waktu pemutusanya, pengaman otomatis dibagi atas :

a. Type G (General) Biasanya digunakan untuk instalasi motor listrik

b. Type L (Line) Biasanya digunakan untuk instalasi jala-jala

c. Type H (Home) Biasanya digunakan untuk instalasi rumah/gedung

d. Type K&U Biasanya digunakan untuk rangkaian elektronika atau trafo

a. Otomat type G

Pada jenis ini digunakan untuk mengamankan motor-motor kecil AC maupun

DC, mengamankan alat-alat listrik dan juga rangkaian akhir besar untuk alat di

penerangan, seperti penerang pad a bangsal pabrik dll. Pengaman elektro yang

magnetiknya berfungsi pada 8 – 11 x I nominalnya untuk AC dan 14 x I nominal

untuk DC.

b. Otomat tipe L

Pada jenis ini pengaman thermisnya disesuaikan dengan meningkatnya suhu

hantaran, kalau terjadi beban lebih dan suhu hantaranya melebihi suatu nilai

tertentu, maka elemen bimetalnya akan memutuskan rangkaian . Kalau terjadi

hubung singkat, maka arusnya akan diputuskan oleh pengaman elektromagnetik.

Untuk AC adalah : 4 – 6 x In dan DC adalah : 8 x In dimana pemutusan arusnya

akan berlangsung dalam waktu 2 detik.

c. Otomat type H

Secara thermos jenis ini sama dengan otomat type L, tapi pengaman elektro

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

magneriknya akan memutuskan dalam waktu 0,2 detik. Untuk AC 2,5–3 x In dan

DC 4 x In. jenis otomat ini digunakan untuk instalasi rumah, dimana kondisi

gangguan yang relative kecil pun harus diputuskan dengan cepat, jadi kalau terjadi

gangguan tanah, maka bagian – bagian yang terbuat dari logam tidak akan lama

bertegangan.

2.4 Fuse

Fuse adalah suatu alat yang digunakan sebagai pengaman dalam suatu

rangkaian listrik apabila terjadi kelebihan muatan listrik atau suatu hubungan arus

pendek. Cara kerjanya apabila terjadi kelebihan muatan listrik atau terjadi

hubungan arus pendek, maka secara otomatis fuse tersebut akan memutuskan

aliran listrik dan tidak akan menyebabkan kerusakan pada komponen yang lain.

2.4.1 Karateristik Fuse

Karakteristik fuse menunjukan hubungan antara arus dan waktu putus

berbanding terbalik, artinya bila arus yang melalui patron lebur makin besar maka

waktu pemutusann semakin singkat, sehingga patron lebur ini merupakan gawai

proteksi arus lebih ( GPAL ) dengan karakteristik waktu terbalik (invers).

Arus penguat sebuah pengaman lebur tidak sama dengan arus yang

menyebabkan pengaman putus. Sebuah proteksi harus dapat dibebani dengan arus

nominalnya secara kontinyu tanpa batas waktu. Arus nominalnya kira-kira 70 %

dari batas arus maksimalnya (Ig). Kalau dibebani dengan batas ini terus-menerus

lamakelamaan pengaman akan putus.

2.4.2 Macam-macam fuse / sekering

Sekering/fuse yang umum digunakan adalah:

1. Sekering lebur

Sekering lebur akan bekerja ketika ada tegangan lebih (overvoltage) sehingga

meleburkan elemen lebur yang memutus aliran arus pada rangkaian

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

Gambar 2.18fuse lebur

2. Sekering suhu (termal fuse)

Sekering suhu bekerja ketika sistem over head atau panas lebih sehingga

mengakibatkan sekering trip (memutus arus)

Gambar 2.19 fuse Thermal

3. Sekering waktu (timer fuse)

Sekering dengan waktu tertentu, bisa menset waktu sesuai dengan program yang

kita tentukan agar sekering tersebut bekerja.

gambar 2.20 Fuse waktu

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22

2.5 Supply Network Analyzer

Supply Network Analyzer merupakan sebuah alat ukur yang didalamnya

mencakup besaran-besaran listrik, seperti tegangan, arus, daya aktif, daya reaktif,

frekuensi dan faktor daya dalam satu perangkat dan juga dapat menyimpan

memori terhadap hasil pengukuran secara responsif.

Gambar 2.21 Supply Network Analyzer ( Circutor CVMK-L )

Gambar 2.22 bagian belakang circutor CVMK-L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23

Gambar 2.23 wiring Circutor CVMk

Keterangan Wiring:

- L1,L2,L3,N : Suply

- P1 : Primer1 CT

- P2 : Primer2 CT

- S1 : Skunder1 CT

- S2 : Skunder2 CT

- 4-13 : Terminal yanG ada di Circutor CVMk

Sistem pembacaan pada Supply Network Analyzer ini terlihat pada suatu monitor

yang mempunyai backlight berwarna hijau dan berbentuk digital yang dapat

memonitor pengukuran 1 phasa dan pengukuran tiga fasa

Spesifikasi teknik Supply Network Analyzer

Spesifikasi alat:

- 230 V a.c. atau 400 V a.c.

- 240 V a.c. atau 480 V a.c.

- Frekuensi 50 hz/60hz

- Supply toleransi +10/--15%

- Koneksi terminal : 1-2-3

- Burden 3 VA