KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena dengan rahmat, karunia, serta taufik dan hidayah-Nya kami dapat menyelesaikan makalah tentang Instrumen Penunjuk Arus Bolak Balik ini dengan baik meskipun banyak kekurangan didalamnya. Kami juga berterima kasih pada Bapak Jannus Maurit N, S.T.,M.T. selaku Dosen mata kuliah Instrumen dan Pengukuran Teknik Elektro Universitas Lampung yang telah memberikan tugas ini kepada kami.

Kami sangat berharap makalah ini dapat berguna dalam rangka menambah wawasan serta pengetahuan kita.Kami juga menyadari sepenuhnya bahwa di dalam pembuatan makalah ini masih terdapat kekurangan dan jauh dari kata sempurna. Oleh sebab itu, kamisangat berharap akan adanya kritik dan saran demi perbaikan makalah yang telah kami buat di masa yang akan datang, mengingat tidak ada sesuatu yang sempurna tanpa saran yang membangun. Semoga makalah sederhana ini dapat dipahami bagi siapapun yang membacanya.Sebelumnya kami mohon maaf apabila terdapat kesalahan kata-kata yang kurang berkenan, terima kasih.

........., 6 Mei 2015

Penyusun

1. Alat Ukur Watt/JamAlat ukur watt/jam (watt/hour meter) tidak sering digunakan di laboratorium tetapi banyak digunakan untuk pengukuran energi listrik komersil.Kenyataannya adalah jelas bahwa di semua tempat di manapun, perusahaan listrik menyalurkan energi listrik ke industri dan pemakai setempat (domestik).Gambar 1 menunjukkan elemen alat ukur wattjam satu fasa dalam bentuk skema.Kumparan arus dihubungkan sen dengan antaran, dan kumparan tegangail dihubungkan paralel.Kedua kumparan yang dililitkan pada sebuah kerangka logam dengan desain khusus melengkapi dua rangkaian maknit. Sebuah piringan aluminium ringan digantung di dalam senjang udara medan kumparan arus yang menyebabkan arus pusar mengalir di dalam piringan. Reaksi arus pusar dan medan kumparan tegangan membangkitkan sebuah torsi (aksi motor) terhadap piringan dan menyebabkannya berputar.

Gambar 1.Elemen alat ukut watt/jam satu fase.Torsi yang dibangkitkan sebanding dengan kuat medan kumparan tegangan dan arus pusar di dalam piringan yang berturut-turut adalah fungsi kuat medan kumparan arus. Berarti jumlah putaran piringan sebanding dengan energi yang telah dipakai oleh beban dalam selang waktu tertentu, dan diukur dalam kWh (kilowatt jam). Poros yang menopang piringan aluminium dihubungkan melalui susunan roda gigi ke mekanisme jam dipanel alat ukur, untuk melengkapi suatu pembacaan kWh yang terkalibrasi dalam desimal.

Rendaman piringan diberikan oleh dua magnit permanen kecil yang ditempatkan saling berhadapan pada sisi piringan.Bila piringan berputar, magnit permanen mengindusir arus pusat di dalamnya. Arus-arus pusar ini bereaksi dengan medan magnit dari maknit-maknit permanen kecil dan meredam gerakan piringan. Kalibrasi alat ukur watt/jam dilakukan pada kondisi beban penuh yang diijinkan dan pada kondisi 10%dari beban yang diijinkan.Pada beban penuh kalibrasi terdiri dari pengaturan posisi magnit agar alat ukut membaca dengan tepat. Pada beban yang sangat ringan komponen tegangan dari medanmengharuskan suatu torsi yang tidak berbanding langsung dengan beban.

Kompensasi kesalahan diperoleh dengan menyisipkan sebuah kumparan pelindung atau pelat diatas sebagian kumparan tegangan dengan membuat alat ukur bekerja pada 10% beban yang diijinkan.Kalibrasi alat ukur pada kedua posisi ini biasanya menghasilkan pembacaan yang memuaskan untuk semua beban-beban lainnya.Alat ukur watt-jam tipe poros tempting (floating shaft) menggunakan sebuah desain yang unik untuk menggantungkan piringan.

Poros berputar mempunyai sebuah magnit kecil pada masing-masing ujung. Magnit poros pada bagian atas ditarik ke sebuah magnit dalam bantalan atas, sedangkan pada magnit bawah ditarik ke sebuah magnit didalam bantalan bawah ini berarti gerakan pelampung tidak akan menyentuh kedua permukaan bantalan, dan memiliki satu-satunya kontak terhadap gerakan adalah melalui roda gigi yang menghubungkan poros kelengkapan roda gigi.

2. Alat Ukur Faktor Daya

Menurut definisi, faktor daya adalah kosinus sudut fasa antara tegangan dan arus, dan pengukuran faktor daya biasanya menyangkut penentuan sudut fasa ini. Ini di-tunjukkan dalam kerja alat ukur faktor daya kumparan bersilang (crossed-coil power factor meter).Pada dasarnya instrumen ini adalah gerak elektrodinamometer di mana elemen yang berputar terdiri dari dua kumparan yang dipasang pada poros yang sama tetapi tegak lurus satu sama lain.

Gambar 2.Rangkaian alat ukur faktor daya.

Kumparan putar berputar didalam medan magnetik yang dihasilkan oleh kumparan medan yang membawa arus jala-jala.Penyambungan alat ukur ini di dalam sebuah rangkaian satu fasa ditunjukkan pada diagram Gambar 2. Seperti biasanya kumparan medan dihubungkan seri dengan an-taran dan mengalirkan arus antaran.

Salah satu kumparan dari elemen yang berputar dihubungkan seri dengan sebuah tahanan (R) pada antaran-antaran dan menerima arus dari beda potensial yang dimasukkan. Kumparan kedua elemen yang berputar tersebut dihubungkan seri dengan sebuah induktor (L) pada antaran. Karena disini tidak digunakan pegas-pegas pengatur posisi setimbang, elemen yang berputar akan bergantung pada torsi yang diakibatkan oleh kedua kumparan yang saling bersilang.

Bila elemen yang berputar dalam posisi setimbang, kontribusi masing- masing elemen terhadap torsi total harus sama tetapi berlawanan tanda. Torsi yang dibangkitkan di dalam masing-masing kumparan adalah fungsi arus melalui kumparan dan berarti bergantung pada im-pedansi rangkaian kumparan tersebut.Torsi juga bergantung pada induktansi bersama antara tiap bagian kumparan yang bersilang dan kumparan medan stasioner. Induktansi bersama ini bergantung pada posisi sudut elemen-elemen kumparan bersilang terhadap posisi kumparan medan stasioner. Bila elemen yang berputar dalam keadaan setimbang, dapat dilihat bahwa simpangan sudutnya merupakan fungsi dari sudut fasa antara arus antaran (kumparan medan) dan tegangan antaran (kumparan-kumparan yang bersilang).

Penunjukan jarum yang dihubungkan ke elemen berputar dikalibrasi langsung dalam sudut fasa atau faktor daya. Alat ukur faktor daya dengan daun terpolarisasi (polarizedvane power factor meter) ditunjukan dalam sketsa kontruksi.Instrument ini terutama digunakan dalam system daya tiga fasa sebab prinsip kerjanya tergantung pada pemakaian tiga fasa.Kumparan luar adalah kumparan potensial yang dihubungkan ke an-taran-antaran sistem tiga fasa. Penyambungan tegangan tiga fasa ke kumparan potensial menyebabkannya bertindak seperti startor motor induksi tiga fasa sewaktu membangkitkan suatu fluksi magnit berputar.

Kumparan di tengah atau kumparan arus dihubungkan seri dengan salah satu antaran fasa, dan ini mempolariser daun-daun besi. Daun-daun terpolarisasi ini bergerak di dalam medan maknit berputar dan mengambil suatu posisi di mana medan putar pada suatu saat mempunyai fluksi polarisasi paling besar atau maksimal. Posisi ini merupakan indikasi sudut fasa dan berarti indikator faktor daya.

Instrumen ini dapat digunakan dalam sistem satu fasa dengan syarat bahwa sebuah rangkaian pemisah fasa (serupa dengan yang digunakan dalam motor satu fasa)akanditambahkan untuk membangkitkan medan magnit putar yang diperlukan.Kedua jenis alat ukur faktor daya terbatas pada pengukuran frekuansi yang relative rendah dan khususnya digunakan pada frekuensi jala- jala (60 Hz).

Gambar 3. Alat Ukur Faktor Daya Tipe Daun Terpolarisasi

Kumparan luar adalah kumparan potensial yang dihubungkan ke antaran-antaran sistem tiga fasa. Penyambungan tegangan tiga fasa ke kumparan potensial menyebabkan bertindak seperti stator motor induksi tiga fasa sewaktu membangkitkan fluksi magnit berputar. Kumparan ditengah atau kumparan arus dihubungkan seri dengan salah satu antaran fasa, dan ini mempolariser daun-daun besi.

Daun-daun terpolarisasi bergerak di dalam medan magnit berputar dan mengambil suatu posisi dimana medan putar pada suatu saat mempunyai fluksi polarisasi paling besar (maksimal). Posisi ini merupakan indikasi sudut fasa dan berarti indikasi faktor daya. Instrumen ini dapat digunakan dalam sistem satu fasa dengan syarat bahwa rangkaian pemisah fasa (serupa dengan yang digunakan dalam motor satu fasa) ditambahkan untuk membangkitkan medan magnit putar yang diperlukan.

Gambar.4 Konstruksi Faktor Daya (Cos Meter)

Seperti ditunjukkan pada gambar dilembar sebelumnya, alat ukur Cos meter bagian-bagian eksternalnya dijelaskan sebagai berikut : Jarum penunjuk Kaca yang difungsikan untuk mengeliminir kesalahan parallax dalam pembacaan. Skala bagian kanan pada beban induktif, faktor dayanya ketinggalan (lag). Skala bagian kiri pada beban kapasitif, faktor dayanya mendahului (lead). Tabel range tegangan dan arus, tabel ini digunakan untuk memilih tegangan pada selektor. Terminal arus, salah satu terminal diberi tanda () untuk menunjukkan bahwa terminal ini dihubungkan dengan terminal common tegangan, dan terminal arus yang lain mengindikasikan ukuran arus terukur. Terminal arus, untuk memilih batas ukur sesuai dengan besaran yang diukur. Selektor tegangan. Terminal tegangan : digunakan untuk menyambungkan tegangan. Terminal common tegangan diberi tanda (), dan terminal tegangan yang lain mengindikasikan ukuran tegangan dipilih. Terminal untuk menghubungkan kawat penghantar.

3. Alat Ukur FrekuensiSebuah instrumen dapat didefinisikan sebagai alat yang digunakan untuk menentukan nilai atau kebesaran dari suatu kuantitas atau variabel. Salah satunya alat ukur frekuensi. Kali ini akan memebahas mengenai alat ukur frekuensi Menggunakan Vibrasi Buluh, alat ukur frekuensi elektrodinamis, alat ukur frekuensi besi putar dan Pengukuran Frekuensi Secara Analog. alat ukur frekuensi Menggunakan Vibrasi Buluh.Alat ukur ini tergantung pada penunjukannya pada resonansi mekanik dari buluh baja tipis yang di susun memanjang berdekatan dengan elektro magnet.Konstruksi sebuah alat ukur menggunakan vibrasi buluh yaitu Elektromagnet mempunyai jangkar berlapis-lapis dan gulungannya seri dengan tahanan dihubungkan paralel dengan sumbar AC yang frekuensinya diukur. Dalam hal ini hubunganluar alat ukur ini sama dengan hubungan pada Voltmeter. Buluh-buluhdisususn berderet dan dipasang berdekatan sekali dengan suatu common (basis) dan basisi agak fleksibel yang juga membawa jangkar elektromagnet. Bagian ujung atas yang bebas dari pembuluh dari buluh-buluh dibengkokan tegak lurus sebagai bendera atau target dan diberi lapisan putih agar mudah dilihat. Buluh-buluh yang berdekatan tidak betul-betul sama, frekuensi dasar fibrasi berbeda siklus. Buluh-buluh itu disusun dengan urutan frekuensi dasar meningkat.Cara kerja alat ukur ini, apabila elektromagnet dihubungkan dengan sumber yang frekuensinya akan diukur, kemagnetannya berubah-ubah mengikuti frekuensinya. Elektromagnet menimbulkan gaya yang menarik pada tiap buluh sekali setiap siklus. Semua buluh cenderung bergetar tetapi hanya buluh yang mempunyai frekuensi dasar sama denganfrekuensi sumber yang bergetar dengan amplitudo maksimum karena resonansi mekanis. Antara 47 sampai dengan 53 Hz atau dari 57 sampai dengan 63 Hz dan sebagainya.

Keuntungan dari alat ukur ini adalah penunjukannya tidak terpengaruh bentuk gelombang tegangan yang dipakai dan tidak terpengaruh besarnya magnetude tegangan, kecuali bahwa teangan harus cukup besar menyediakan amplitudo untuk vibrasi buluh, agar pembacaanya reliabel. Sedangkan kelemahannya yaitu tidak dapat membaca lebih dekat dari setengah beda frekuensi antar a buluh-buluh yang berdampingan. Errornya bergantung pada kecermaan buluh-buluh yang dapat di tune pada frekuensi tertentu. Alat Ukur Frekuensi ElektrodinamisAlat ukur ini juga mengacu pada alat ukur frekuensi kumparan putar.Cara Kerja alat ini apabila alat ukur dihubungkan sumber tegangan, arus yang disearahkan I1 dan I2 melewati kumparan X dan Y dan keduanya berhenti pada suatu posisi sudut dimana torsinya sama tapi berlawanan. Posisi sudut ini bergantung pada frekuensi sumber yang terbaca dengan jarum penunjuk yang dipasang pada kumparan.Konstruksi alat ini yaitu kumparan ratio meter X dan Y dihubungkan sumber dengan masing-masing melalui penyearah jembatan. Arus searah I1 melalui kumparan X menyajikan harga rms dari arus kapasitor Ic karena diserahkan B1. demikian pulaarus searah I2 yang melalyui Y adalah diserahkan IR yang melewati tahanan R.

Batas ukur alat ini yaitu 40-60 Hz, 1200 2000Hz, atau 8000 12000Hz.Kelebihan alat ukur ini dapat digunakan pada batas tegangan yang luas Alat Ukur Frekuensi Besi PutarAksi alat ukur ini tergantung pada perubahan arus yang ditarik oleh dua rangkaian paralel satu induktif dan yang lain non induktif jika frekuensi berubah.Konstruksi alat ini yaitu kumparan A dan B dipasang tetap sehingga sumbu magnet tegak lurus satu sama lain. Pada pusatnya diberi sumbu berupa jaru besi lunak yang panjang yang meluruskan sendiri sepanjang resultante medan magnet dari dua kumparan. Disini tidal ada peralatan kontrol.Elemen-elemen rangkaian terdiri jembatan wheatstone yang menjadi seimbang pada frekuensi sumber.

Cara Kerja alat ini yaitu pada penghubungan alat ukur dengan sumber, arus mengalir pada kumparan A dan B dan menghasilkan torsi yang berlawanan. Apabila frekuensi sumber tinggi,arus melalui kumparan A lebih besar sementra yang melewati kumparan B lebih kecil karena peningkatan reaktansi yang terjadi oleh LB. Sehingga medan magnet kumparan A lebih besar dibandingkan medan kumparan.

Kelebihan alat ini yaitu dapat didesain untuk mencakup batas ukur frekuensi yang besar atau kecil tergantung parameter-parameter yang digunakan dalam rangkaian. Pengukuran Frekuensi Secara Analog

Pengukuran frekuensi dengan asas serapan ini menggunakan komponen LC dimana LC akan menyerap tenaga besar kalau frekuensi dalam kalang itu sama tinggi dengan frekuensi yang dikenakannya. Konstruks alat ukur ini menggunakan asa serapan ini menggunakn komponen L dan C guna menyerap tenaga guna menghasilkan frekuensi benda (fx)

Cara keja dari alat ini, kalang LC kitya kopelkan dengan kalang yang hendak kita ukurfrekuensinya, fx. Maka LC pun menyerap tenaga. Tenaga yang diserapnya diserahkan, lalu diumpankan kepada peranto kupaan putar. Alat ukur akan menyimpang paling jauh kalau frekuensi fx sama tinggi dengan frekuensi dalam LC, fy. Kondensator C kita ubah-ubah guna memperoleh simpangan jarum paling jauh. Tombol kondensator ini berputar diatas papan skala yang terkalibrasi dalam Hertz. Dengan cara ini frekuensi fx dapat ditemukan. Batas ukur alat ini yaitu dapat mengukur frekuensi antara 1 Mhz hingga 400 Mhz. Kelemahan Alat ukur sejenis ini tidak cermat. Kelebihan dari alat ukur sejenis ini, dapat dipakai dalam daerah frekuensi tinggi dengan mengubah-ubah komponen L.4. Trafo Arus dan Trafo TeganganA. Current transformer (CT) atau Trafo Arus Current transformer (CT) atau Trafo Arus adalah peralatan pada sistem tenaga listrik yang berupa trafo yang digunakan untuk pengukuran arus yang besarnya hingga ratusan ampere dan arus yang mengalir pada jaringan tegangan tinggi. Di samping untuk pengukuran arus, trafo arus juga digunakan untuk pengukuran daya dan energi, pengukuran jarak jauh, dan rele proteksi. Kumparan primer trafo dihubungkan seri dengan rangkaian atau jaringan yang akan dikur arusnya sedangkan kumparan sekunder dihubungkan dengan meter atau dengan rele proteksi.

Trafo arus digunakan untuk pengukuran arus yang besarnya ratusan amper dari arus yang mengalir dalam jaringan tegangan tinggi. Disamaping untuk penguran arus, trafo arus juga digunakan untuk pengukuran daya dan energi, pengukuran jarak jauh dan relay proteksi.Kumparan primer trafo arus dihubungkan seri dengan jaringan atau peralatan yang akan diukur arusnya, sedang kumparan sekunder dihubungkan dengan meter atau relay proteksi. Pada umumnya peralatan ukur dan relay membutuhkan arus 1 atau 5 A.Trafo arus bekerja sebagai trafo yang terhubung singkat, kawasan trafo arus yang digunakan untuk pengukuran biasanya 0,05 s/d 1,2 kali arus yang akan diukur, sedang trafo arus untuk proteksi harus mampu bekerja lebih dari 10 kali arus pengenalnya.

Prinsip kerjaPrinsip kerja Trafo arus sama dengan trafo daya satu fasa. Bila pada kumparan primer mengalir arus I1, maka pada kumparan timbul gaya gerak magnet sebesar N1I1. Gaya gerak ini memproduksi fluks pada inti, dan fluks ini membangkitkan gaya gerak listrik pada kumparan sekunder. Bila terminal kumparan sekunder tertutup, maka pada kumparan sekunder mengalir arus I1. Arus ini menimbulkan gaya gerak magnet N2I2 pada kumparan sekunder. Pada trafo arus biasa dipasang burden pada bagian sekunder yang berfungsi sebagai impedansi beban, sehingga trafo tidak benar-benar short circuit. Apabila trafo adalah trafo ideal, maka berlaku persamaan :

N1I1 = N2I2I1/I2 = N2/N1

di mana, N1 : Jumlah belitan kumparan primerN2 : Jumlah belitan kumparan sekunderI1 : Arus kumparan primerI2 : Arus kumparan sekunder

Jenis Trafo Arus Menurut Jumlah Kumparan Primera. Jenis Kumparan (Wound)Biasa digunakan untuk pengukuran pada arus rendah, burden yang besar, atau pengukuran yang membutuhkan ketelitian tinggi. Belitan primer tergantung pada arus primer yang akan diukur, biasanya tidak lebih dari 5 belitan. Penambahan belitan primer akan mengurangi faktor thermal dan dinamis arus hubung singkat.b. Jenis Bar (Bar)Konstruksinya mampu menahan arus hubung singkat yang cukup tinggi sehingga memiliki faktor thermis dan dinamis arus hubung singkat yang tinggi. Keburukannya, ukuran inti yang paling ekonomis diperoleh pada arus pengenal yang cukup tinggi yaitu 1000A.

Jenis Trafo Arus Menurut Jumlah Rasioa. Jenis Rasio Tunggal Rasio tunggal adalah trafo arus dengan satu kumparan primer dan satu kumparan sekunder.b. Jenis Rasio Ganda Rasio ganda diperoleh dengan membagi kumparan primer menjadi beberapa kelompok yang dihubungkan seri atau paralel.

Jenis Trafo Arus Menurut Jumlah Intia. Inti TunggalDigunakan apabila sistem membutuhkan salah satu fungsi saja, yaitu untuk pengukuran atau proteksi.b. Inti GandaDigunakan apabila sistem membutuhkan arus untuk pengukuran dan proteksi sekaligus.

Jenis Trafo Arus Menurut Konstruksi Isolasi

a. Isolasi Epoksi-ResinBiasa dipakai hingga tegangan 110KV. Memiliki kekuatan hubung singkat yang cukup tinggi karena semua belitan tertanam pada bahan isolasi. Terdapat 2 jenis, yaitu jenis bushing dan pendukung.

b. Isolasi Minyak-Kertas Isolasi minyak kertas ditempatkan pada kerangka porselen. Merupakan trafo arus untuk tegangan tinggi yang digunakan pada gardu induk dengan pemasangan luar. Dibedakan menjadi jenis tangki logam, kerangka isolasi, dan jenis gardu. Kelebihannya, penyulang pada sisi primer lebih pendek, digunakan untuk arus pengenal dan arus hubung singkat yang besar.

c. Isolasi KoaksialJenis trafo arus dengan isolasi koaksial biasa ditemui pada kabel, bushing trafo, atau pada rel daya berisolasi gas SF6. Sering digunakan inti berbentuk cincin dengan belitan sekunder yang dibelit secara seragam pada cincin dan dimasukkan pada isolasi, dengan demikian terbuka jalan untuk membawa lapisan terluar bagian yang di-ground keluar dari trafo arus.

B. Trafo tegangan Trafo tegangan adalah trafo satu fasa step-down yang mentransformasi tegangan tinggi atau tegangan menengah ke suatu tegangan rendah yang layak untuk perlengkapan indikator, alat ukur, relay, dan alat sinkronisasi. Hal ini dilakukan atas pertimbangan harga dan bahaya yang dapat ditimbulkan tegangan tinggi. Tegangan perlengkapan seperti indikator, meter, dan relay dirancang sama dengan tegangan terminal sekunder trafo tegangan.

Prinsip kerja trafo jenis ini sama dengan trafo daya, meskipun demikian rancangannya berbeda dalam beberapa hal, yaitu kapasitasnya kecil (10 s/d 150 VA), karena digunakan untuk daya yang kecil, galat faktor transformasi dan sudut fasa teganganprimer dan sekuder lebih kecil untuk mengurangi kesalahan pengukuran, salah satu terminal pada sisi tegangan tinggi dibumikan/ ditanahkan, tegangan pengenal sekunder biasanya 100 atau 1003 V.Jenis-jenis konstruksi trafo meliputi trafo tegangan dengan inti besi seperti transformator biasaumumnya untuk tegangan rendahs/dtegangan tinggi, trafotegangandengankapasitor,di sadappadateganganmenengah, kemudian diturunkan dengan transformator ketegangan rendah, umumnya digunakan pada tegangan tinggidan tegangan ekstra tinggi(Capasitive Voltage Transformer (CVT), Cupling CapacitorPotensial Divice (CCPD) )

Jenis-jenis trafo tegangan yaitu dipasang antara fase dan fase,dipasang antara fase dan tanah, trafo tegangan dengan 3 lilitan, lilitan ke tiga untuk relai gangguan bumi. Frekwensi pada PT berpengaruh terhadap arus eksitasi bila PT dengan pengenal 60 Hz digunakan pada sistem 50 Hz maka arus eksitasinya akan naik. Burden ialah beban sekunder dari trafo tegangan, dalam hal ini sangat terkait dengan klas ketelitian.Kapasitas termal merupakan kapasitas PT berfungsi sebagai transformator biasa, sebagai contoh PT diatas dapat berkapasitas 500 VA tanpa melihat kesalahannya. Semakin besar bebannya maka ketelitiannya semakin turunlihat contoh pada PT ABB untuk 12 kV.

DAFTAR ISI

HalamanKata PengantarBAB 1 PEMBAHASAN1. Alat Ukur Faktor Daya 2. Alat Ukur Watt/Jam3. Trafo Arus dan Trafo Tegangan4. Alat Ukur Frekuensi