MAKALAH

COS PHI METER

Makalah Ini Dibuat Untuk Memenuhi Tugas Semester II Mata Kuliah Alat Ukur dan Pengukuran

Disusun Oleh :

Kelompok 5/LT-1B

Angga Dwi Ardeni (3.31.14.1.03)

Rizqi Gelar Herlambang (3.31.14.1.18)

Septian Lukman Nur Sidiq (3.31.14.1.20)

PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

POLITEKNIK NEGERI SEMARANG

2015

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala limpahan Rahmat, Inayah, Taufik dan Hinayahnya sehingga kami dapat menyelesaikan penyusunan makalah ini dalam bentuk maupun isinya yang sangat sederhana. Semoga makalah ini dapat dipergunakan sebagai salah satu acuan, petunjuk maupun pedoman bagi pembaca dalam administrasi pendidikan dalam profesi keguruan.

Harapan kami semoga makalah ini membantu menambah pengetahuan dan pengalaman bagi para pembaca, sehingga kami dapat memperbaiki bentuk maupun isi makalah ini sehingga kedepannya dapat lebih baik.

Makalah ini kami akui masih banyak kekurangan karena pengalaman yang kami miliki sangat kurang. Oleh kerena itu kami harapkan kepada para pembaca untuk memberikan masukan-masukan yang bersifat membangun untuk kesempurnaan makalah ini.

Semarang, 13 mei 2015

Penyusun

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Salah satu permasalahan yang sering terjadi dalam penggunaan energi listrik untuk level industri adalah masalah faktor daya atau cos φ yang lebih rendah daripada yang diterapkan oleh penyedia listrik. Dalam kasus ini khususnya di Indonesia, pihak industri diwajibkan membayar daya reaktif yang digunakan kepada penyedia layanan listrik, atau dalam istilah PLN-nya lebih dikenal dengan istilah denda KVAR. Penjelasan tentang kenapa hal ini dikenakan denda, gimana cara mengukurnya dan bagaimana cara mengembalikan nilai faktor daya ini ke nilai idealnya, akan coba penulis bahas pada artikel di bawah ini.

Perlu diperhatikan disini bahwa pada makalah ini, asumsi yang digunakan adalah sistem listrik dengan menggunakan sumber tegangan berbentuk sinusoidal murni dan menggunakan beban linier. Beban linier yang dimaksud disini adalah beban yang tidak merubah bentuk arus sumber, atau dengan kata lain menghasilkan bentuk arus yang sama dengan bentuk tegangan sumber.

I.2 Maksud dan Tujuan

Maksud dan tujuan dari pembuatan makalah ini adalah bahwa penulis selain untuk memenuhi tugas salah satu mata kuliah Alat ukur dan Pengukuran, penulis juga berharap pembaca dapat menambah ilmu pengetahuan tentang cos phi meter ini yang mana sangat berguna di kehidupan sehari-hari dalam pengukuran besaran listrik.

I.3 Rumusan Masalah

1. Definisi Cos Phi Meter.2. Jenis-Jenis Cos Phi Meter.3. Teknik Pengukuran Cos Phi Meter.4. Prinsip Kerja Cos Phi Meter.5. Fungsi Cos Phi Meter.

PEMBAHASAN

2.1 Dasar Teori

Pada pembahasan kali ini, asumsi yang digunakan adalah sistem

listrik menggunakan sumber tegangan berbentuk sinusoidal murni dan

beban linier. Beban linier adalah beban yang menghasilkan bentuk

arus sama dengan bentuk tegangan. Pada kasus sumber tegangan

berbentuk sinusoidal murni, beban linier mengakibatkan arus yang

mengalir pada jaringan juga berbentuk sinusoidal murni. Beban linier

dapat diklasifikasikan menjadi 4 macam, beban resistif, dicirikan

dengan arus yang sefasa dengan tegangan; beban induktif, dicirikan

dengan arus yang tertinggal terhadap tegangan sebesar  ; beban

kapasitif, dicirikan dengan arus yang mendahului terhadap tegangan

sebesar  , dan beban yang merupakan kombinasi dari tiga jenis

tersebut, dicirikan dengan arus yang tertinggal/mendahului tegangan

sebesar sudut, katakan,  . Gambar dibawah menunjukkan tegangan

dan arus pada berbagai beban linier.

Gambar 2.1 Tegangan dan Arus pada Berbagai Beban Linier.

Dalam sistem tenaga listrik dikenal tiga jenis daya, yaitu daya aktif atau real power (P), daya reaktif atau reactive power (Q), dan daya nyata atau apparent power (S). Daya aktif adalah daya yang termanfaatkan oleh konsumen, dapat dikonversi ke pekerjaan yang bermanfaat (pekerjaan yang sebenarnya); bisa berubah menjadi energi gerak pada motor; bisa menjadi panas pada heater; ataupun dapat diubah kebentuk energi nyata lainnya. Perlu diingat bahwa daya ini memiliki satuan watt (W) atau kilowatt (kW).

Sedangkan daya reaktif adalah daya yang digunakan untuk membangkitkan medan/daya magnetik. Daya ini memiliki satuan volt-ampere-reaktif (VAR) atau kilovar (kVAR).  Daya reaktif sering juga dijelaskan dengan daya yang timbul akibat penggunaan beban yang bersifat induktif atau kapasitif. Contoh beban yang bersifat induktif (menyerap daya reaktif) adalah transformer, lampu TL, dan belitan. Pada konsumen level industri, beban induktif yang paling banyak digunakan adalah motor listrik atau pompa listrik. Sedangkan contoh beban kapasitif (mengeluarkan daya reaktif) adalah kapasitor. Pembahasan tentang hubungannya dengan faktor daya atau cos φakan dibahas berikutnya.

Daya nyata merupakan jumlah daya total yang terdiri dari daya reaktif (P) dan daya reaktif (Q) yang dirumuskan :

Hubungan ketiga daya itu dapat juga digambarkan dalam bentuk segitiga daya seperti pada Gambar berikut :

Gambar 2.2 Segitiga Daya.

Perbandingan antara daya aktif (P) dan daya nyata (S) inilah dikenal dengan istilah faktor daya atau power factor (PF). Apabila dilihat pada segitiga daya diatas, perbandingan daya aktif (P) dan daya nyata (S)

merupakan nilai cos φ. Oleh karena hal ini, istilah faktor daya (PF) juga sering dikenal dengan sebutan nilai cos φ.

Seperti yang dijelaskan sebelumnya,  beban yang sering digunakan pada konsumen level industri kebanyakan bersifat induktif. Peningkatan beban yang bersifat induktif ini pada sistem tenaga listrik dapat menurunkan nilai faktor daya (PF) dalam proses pengiriman daya. Penurunan faktor daya (PF) ini dapat menimbulkan berbagai kerugian, yang antara lain:

1. Memperbesar kebutuhan kVA.2. Penurunan Efisiensi penyaluran daya.3. Memperbesar rugi-rugi panas kawat dan peralatan.4. Mutu listrik menjadi rendah karena adanya drop tegangan.

Untuk alasan kerugian akibat penurunan faktor daya (PF) inilah, penyedia layanan listrik, PLN, menetapkan denda VAR, dalam usaha untuk menghimbau konsumennya agar ikut berkontribusi menjaga faktor daya pada kondisi idealnya. Dengan cara seperti ini, para konsumen level industri akan berusaha untuk mendapatkan faktor daya yang baik agar tidak sia-sia bayar mahal kepada penyedia layanan listrik. Denda atau biaya kelebihan penggunaan daya reaktif ini dikenakan apabila jumlah pemakaian faktor daya atau cos φ rata-rata tercatat lebih rendah daripada 0.85. Perhitungan kelebihan pemakaian kVARH dalam rupiah dapat dilakukan dengan menggunakan rumus sbb :

[ B - 0,62 ( A1 + A2 ) ] Hk

dimana :

B = pemakaian k VARH

A1= pemakaian kWH WPB

A2 = pemakaian kWH LWBP

Hk = harga kelebihan pemakaian kVARH

2.2 Definisi Cos Phi Meter

Dalam pengertian sehari–hari disebut pengukur Cosinus phi (φ ). Tujuan pengukuran Cos φ atau pengukur nilai cosinus sudut phasa adalah, memberikan penunjukan secara langsung dari selisih phasa yang timbul antara arus dan tegangan. Kita menghendaki bukan penunjukan sudut phasa melainkan penunjukan cosinus phi. Untuk menghitung Cos φ dengan menggunakan rumus:

Keterangan:P = daya dalam satuan wattV = tegangan dalam satuan voltI = arus listrik dalam satuan ampere

Cosphimeter adalah alat yang digunakan untuk mengetahui, besarnya faktor kerja (power factor) yang merupakan beda fase antara tegangan dan arus. Dalam pengertian sehari-hari disebut pengukur Cosinus phi (f ). Tujuan pengukuran Cos f atau pengukur nilai cosinus sudut phasa. Cara penyambungan adalah tidak berbeda dengan watt meter sebagaimana gambar dibawah ini :

Gambar pemasangan cara pengukuran cos phi meter.

Cosphimeter banyak digunakan dan terpasang pada : Panel pengukuran mesin pembangkit Panel gardu hubung gardu induk Alat pengujian, alat penerangan, dan lain-lain.

2.3 Jenis-Jenis CosphimeterJenis-jenis cosphimeter yaitu :

Cosphimeter CircutorCosphimeter ini dapat dilihat seperti pada gambar di bawah ini :

Gambar Cos Phi meter Circutor

Cosphimeter Perinsip Elektro DinamisCosphimeter ini dapat dilihat seperti pada gambar di bawah ini :

Gambar Cosphimeter Perinsip Elektro Dinamis

Cosphimeter dengan Azas Kumparan SilangCosphimeter ini dapat dilihat seperti pada gambar di bawah ini :

Gambar Cosphimeter dengan Azas Kuparan Silang

Cos Phi meter dengan azas besi putar

Gambar Cosphimeter dengan Azas Besi Putar

2.4 Teknik Pengukuran Cos Phi MeterBerikut ini adalah gambar wiring cara pengukuran Cos Phi dimana

kami menggunakan motor sebagai bebannya.

Gambar Pengukuran Cos Phi Meter

Dimana P1 dan P2 adalah coil untuk mengukur beda potensial atau tegangan pada beban sedangkan C1 dan C2 adalah coil untuk mengukur besaran arus yang mengalir pada beban sehingga pemasangan kabelnya

harus di seri. Setelah beban dinyalakan, Cos Phi Meter akan menunjukkan angkanya apakah tegangannya akan lagging atau leading itu semua

tergantung pembacaan Cos Phi meter yang akan membandingkan antara tegangan dan arus yang terukur.

Gambar Panel depan Cos Phi meter

Pembacaan harga pada alat ukur cosphimeter secara cermat harus dilakukan dengan melihat tepat diatas jarum penunjuk. Dengan demikian dibaca harga pada garis skala yang tertulis tepat dibawah runcing jarum. Bila tidak melihat tepat diatas penunjuk akan terbaca harga sebelah kiri atau disebelah kanan dari garis sebenarnya, kesalahan ini disebut paralaks. Untuk menghindari paralaks tersebut runcing jarum dari alat cermat dibuat berupa sayap tipis dan dipasang cermin kecil dibawah runcing jarum skala. Dalam posisi baca yang benar, maka jarum runcing dan bayangannya pada cermin harus tepat satu garis tipis.

Cara merubah batas ukur pada alat ukur cosphimeter dilakukan dengan menambah atau mengurangi tahanan sebelum besaran listrik masuk ke komponen utama alat ukur dengan perbandingan nilai tertentu terhadap nilai tahanan alat ukur, sehingga besaran sebenarnya yang masuk pada komponen utama alat ukur tetap pada batas semula.

2.5 Prinsip Kerja CosphimeterPengukuran Cos f berdasarkan pada dasar-dasar gerak listrik dapat

dianggap sebagai Pengukuran kumparan silang. Kumparan didalamnya terdiri dari kumparan arus dan kumparan tegangan, prinsip seperti pengukur Watt. Dalam proses pengukuran Cos f , prinsip pengukuran bukanlah dituntut hasil yang persis. Menurut petunjuk-petunjuk dari pembuat atau yang memproduksi alat ukur, kesalahan yang diizinkan adalah dua derajat, sudut skala penunjukan.

Gambar Kopel yang Ditimbulkan Alat Ukur Cosphimeter

Pada kumparan S1 bekerja suatu gaya,K1= C1.I1.I3.Cos φQ = C2.VI. Cos φGaya pada kumparan S2 besarnya:K2 = C3 . I2 I3. Cos (90 – φ ) = C4.V.I sin αKopel yang ditimbulkan oleh k1 adalah;M1 = C5.V.I. cos φ sin αKopel k2 adalah;M2=C6.V.I.sin φ .cos αAtautg α = C. tg φ

Akibatnya bahwa dengan jarum yang dihubungkan dengan kumparan-kumparan yang dapat bergerak dan yang sikapnya selalu sesuai dengan kumparan S2, memberi penunjukan yang langsung berbanding lurus dengan f. Kalau arus mendahului, Gambar diatas, kopel ditimbulkan oleh gaya I2 dari I3 karena itu kedua gaya kopel bekerja bersama–sama,

dimana kumparan S2 dengan jarumnya berhenti di muka sudut negatif f berarti di sebelah kiri dari garis tengah yang tegak.

Gambar Pengukuran Cos φ dengan Kumparan Tegang yang Tetap dan Inti Besi

Gambar Diagram Vektor Ambar

Gambar Prinsip Cosphimeter dan Gambar Cosphimeter dengan Azas Kumparan Silang Elektrodinamis

Gambar Vektor Diagram Arus dan Tegangan pada Cosphimeter Dan Gambar Sambungan Cosphimeter 1Phasa

Gambar Konstruksi Cosphimeter dengan Garis- Garis Dan Gambar Sambungan Cosphimeter 3 Phasa

Dengan kumparan-kumparan yang dapat bergerak dan yang sikapnya selalu sesuai dengan kumparan S2, memberi penunjukan yang langsung berbanding lurus dengan f. Kopel ditimbulkan oleh gaya I2 dari I3 karena itu kedua gaya kopel bekerja bersama-sama, dimana kumparan S2 dengan jarumnya berhenti di muka sudut negatif f berarti di sebelah kiri dari garis tengah yang tegak. Alat ukur faktor daya dengan daun terpolarisasi (polarized vane power-faktormeter) Instrumen ini terutamadigunakan dalam sistem daya tiga fasa sebab prinsip kerjanya bergantung pada pemakaian tegangan tiga fasa.

Gambar Alat ukur faktor daya tipe daun terpolarisasi

Kumparan luar adalah kumparan potensial yang dihubungkan ke antaranantaran sistem tiga fasa. Penyambungan tegangan tiga fasa ke kumparan potensial menyebabkan bertindak sepertistator 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.

IV. KESIMPULAN

Setelah membuat makalah ini dan banyak membaca melalui materi materi dari berbagai sumber yang kami peroleh dari media online dapat kami simpulkan bahwa Cos Phi meter adalah alat yang digunakan untuk mengetahui perbandingan antara arus dan tegangan. Dimana arus tersebut atau tegangan tersebut dapat saling mendahului dengan sudut kemiringan 90 derajat tergantung dari beban yang di gunakan dalam satu Loop. Beban linier dapat diklasifikasikan menjadi 4 macam, beban resistif, dicirikan dengan arus yang sefasa dengan tegangan. Beban induktif, dicirikan dengan arus yang tertinggal terhadap tegangan sebesar  . Beban kapasitif, dicirikan dengan arus yang mendahului terhadap tegangan sebesar  , dan beban yang merupakan kombinasi dari tiga jenis tersebut, dicirikan dengan arus yang tertinggal/mendahului tegangan sebesar sudut, katakan,  . Sehingga dapat di artikan Cos phi pada suatu alat hanya ada 0 – 1. Cos yang paling mendekati 1 adalah Cos Phi yang paling baik.

Untuk memperbaiki faktor daya yang rendah adalah dengan memasang kompensasi kapasitif menggunakan kapasitor. Pada konsumen level industri istilah ini lebih dikenal dengan sebutan pemasangan power factor correction (PFC). Kapasitor adalah komponen listrik yang menghasilkan daya reaktif pada jaringan dimana dia tersambung. Pemasangan PFC disini sama artinya dengan pemasangan PF controller dan capacitor bank (kumpulan dari kapasitor-kapasitor yang dipasang secara paralel).

Kumpulan kapasitor yang digunakan untuk memberikan kompensasi reactive power (Qc). Kebutuhan kompensasi reactive power (Qc) yang dibutuhkan untuk mencapai power factor dapat dihitung dengan menggunakan rumus yang telah dibahas diatas tadi. Kapasitor adalah komponen listrik yang justru menghasilkan daya reaktif pada jaringan dimana dia tersambung. Pada jaringan yang bersifat induktif dengan segitiga daya seperti ditunjukkan pada Gambar 3, apabila kapasitor dipasang maka daya reaktif yang harus disediakan oleh sumber akan berkurang sebesar   (yang merupakan daya reaktif berasal dari kapasitor). Karena daya aktif tidak berubah sedangkan daya reaktif berkurang, maka dari sudut pandang sumber, segitiga daya yang baru diperoleh; ditunjukkan pada Gambar dibawah garis oranye. Terlihat bahwa sudut   mengecil akibat pemasangan kapasitor tersebut sehingga faktor daya jaringan akan naik.

V. DAFTAR PUSTAKA

1. Mahmud Hasan, Cos Phi Meter. (http://www.scribd.com/doc/32931995/Cos-Phi-Meter#scribd)

2. Arwindra Rizqiawan, Memahami Faktor Daya ( http://konversi.wordpress.com/2010/05/05/memahami-faktor- daya/ )

3. Ponsa Lim, Cara Pengunaan Cos Phi Meter (http://konversi.wordpress.com/2010/05/05/memahami-faktor-daya/)

4. Teknik Ketenagalistrikan, Faktor Daya (Cos Phi). (http://teknik-ketenagalistrikan.blogspot.sg/2013/05/faktor-daya-cos-phi.html#.RwncBa7DKg)

5. Rusdi Ariawan, Cos Phi Meter. (http://www.scribd.com/doc/32931995/Cos-Phi-Meter#scribd)