PENGUKURAN LISTRIK M. Hariansyah, Ir.,MT Hand Out PENGUKURAN LISTRIK M. Hariansyah, Ir.,MT Akademi Teknologi Bogor 2006

1. UMUM 1.1. Sebelum melaksanakan pengukuran kita harus memahami terlebih dahulu karakteristik obyek yang akan diukur. 1.2. Kita harus memilih alat ukur yang tepat dan menggunakan dengan metode yang benar, sehingga dalam pelaksanaannya tidak terjadi kesalahan dan diperoleh hasil pengukuran dengan akurasi dan optimasi yang tinggi. 1.3. Beberapa alat ukur, berdasarkan arus yang diukur: 1.3.1. Arus searah 1.3.2. Arus bolak balik 1.3.3. Arus searah dan arus bolak balik.

2. PEMBACAAN ALAT UKUR 2.1. TIPE JARUM PETUNJUK Harga yang dibaca adalah yang ditunjuk oleh jarum petunjuk, harga tersebut adalah harga sesaat pada saat meter tersebut dialiri arus listrik. 2.2. TIPE RECORDER Harga yang dibaca adalah harga yang tertulis/tercatat pada kertas , pencatatan ini dilakukan secara otomatis dan terus menerus selama meter tersebut dialiri arus listrik. 2.3. TIPE INTEGRATOR Harga yang dibaca adalah harga dari hasil penjumlahan yang dicatat pada selang waktu tertentu selama alat tersebut digunakan (misal : KWH meter). 2.4. TIPE DIGITAL : harga yang dibaca adalah harga sesaat.

3.1. PRINSIP KERJA BESI PUTAR (ELEKTROMAGNIT) Alat ukur dengan prinsip kerja besi putar, disebut juga sistem elektromagnit, adalah alat ukur yang mempunyai kumparan tetap dan besi putar. Bila sebuah kumparan didalamnya terdapat besi, maka besi tersebut akan menjadi magnit. Jika didalam kumparan tersebut diletakkan dua batang besi, maka ke dua-duanya akan menjadi magnit, sehingga kedua batang besi tersebut akan saling tolak-menolak, karena ujung-ujung kedua batang besi tersebut mempunyai kutub yang senama. Arah arus 2 batang besi berdamoingan

Lanjutan 3.1. 3.2. PRINSIP KERJA KUMPARAN PUTAR Alat ukur sistem kumparan ini adalah alat ukur yang mempunyai kutub magnit permanen dan kumparan putar. Besi magnit adalah magnit permanen berbentuk kaki kuda yang pada kutub-kutubnya dilengkapi dengan lapis-lapis kutub dan didalam lapang magnetis antar lapisan kutub tersebut dipasangkan sebuah kumparan yang dapat berkeliling poros. + + - S U a b

3.3. SISTEM INDUKSI ( Kwh meter ) Alat ukur dengan sistem induksi atau dikenal juga dengan sistem ferraris ini mempunyai prinsip kerja sebagai berikut : Bila didalam medan magnit dengan garis gaya magnit arah yang berputar, dipasang sebuah tromol berbentuk silinder, tromol tersebut akan berputar menurut arah putaran garis-garis gaya magnit tadi, medan magnit ini dinamakan alat ukur medan putar atau induksi, biasa disebut alat ukur ferraris. Gambar - Azas alat ferraris atau alat induksi Q Q1 Q2 A B C D I1 I2 Tromol

Bila arah arus terbalik Lanjutan 3.3. 3.4. SISTEM ELEKTRO DINAMIS Alat ukur electro dinamis yang mempunyai kumparan tetap dan kumparan putar. Sistem kerjanya sama dengan sistem kumparan berputar tetapi magnit tetap diganti dengan magnit listrik. - + - S U Arah gerakan jarum Bila arah arus terbalik Tegangan benar Tegangan terbalik

Alat ukur tipe elektro dinamis ini, dapat digunakan untuk arus bolak balik, atau arus searah, dan dapat dibuat dengan presisi yang baik, dan telah pula banyak digunakan dimasa masa yg lalu. Akan tetapi pemakaian daya sendirinya tinggi, sedangkan alat ukur prinsip yang lain telah dapat pula dibuat dengan presisi tinggi, maka pada saat ini alat ukur elektro dinamis kurang sekali digunakan sebagai alat ukur ampere maupun volt, akan tetapi penggunaanya masih sangat luas sebagai alat ukur daya atau disebut watt. Seperti lihat pada gambar suatu kump putar M ditempatkan diantara kumparan.-kumparan putar F1 dan F2 bila arus i1 melalui kumparan tetap dan arus i2 melalui kumparan putar, maka kepada kumparan putar akan dikena kan gaya elektromagnitis,yang ber banding lurus dengan hasil kali I1 dan I2 F1 M F2 Misalkan sekarang, bahwa kumparan yg putar terdapat dalam medan magnit hampir-hampir rata yg dihasilkan oleh kumparan-kumparan tetap.

Lanjutan 3.4. 3.5. PRINSIP KAWAT PANAS Jika sepotong kawat logam dialiri arus listrik yang cukup besar, kawat tersebut akan menjadi panas, oleh sebab itu akan memuai (menjadi lebih panjang). Pemuaian tadi dipakai untuk menggerakan jarum petunjuk. Pada gambar berikut terlihat sepotong kawat logam campuran dari logam platina dan iridium yang direntangkan pada A – B, pada waktu tiada arus ( I = 0 ) jarum petunjuk tepat ditengah- tengah angka 0 . Jika kita alirkan arus searah dari A – B sehingga kawat A – B menjadi memuai dan lebih panjang, ternyata tidak menunjuk 0, tetapi menyimpang kearah kanan ( sesuai gambar ) . Hal ini disebabkan karena kawat A – B menjadi lebih panjang dan ditarik oleh pegas sehingga memutar poros jarum. Baik arus searah tersebut mengalir dari A – B maupun dari B – A jarum tetap menyimpang kearah kekanan . Kesimpulan : prinsip ini dapat dipakai untuk arus searah/ bolak-balik.

3.6. ALAT UKUR SISTEM ELEKTRONIK Lanjutan 3.5. 3.6. ALAT UKUR SISTEM ELEKTRONIK Sesuai dengan perkembangan dan kemajuan teknologi khususnya dalam bidang elektronik, tak tertinggal pula kesertaan dari pada alat alat ukur elektronik. Pada laboratorium dan industri-indutri banyak menggunakan alat ukur tipe ini, karena memerlukan kecermatan dalam penunjukan. Untuk harga relatif mahal dibandingkan dengan alat ukur yang bukan elektronik, pada umumnya alat ukur elektronik adalah digital, karena penunjukannya berupa nilai angka, maka penggunaan dalam pembacaan sangat sederhana dan mudah dicerna.

Lanjutan 3.6. Keterangan : A – B = Baut terminal C = Tempat pengikat D = Ikatan Tali P = Pegas a = Poros penggulung m = Kawat penarik n = Tali penarik x = Kawat panas A B X m a P D n

Keuntungan alat ukur elektronik - Portable. Lanjutan 3.6. Keuntungan alat ukur elektronik - Portable. - Kecermatan tinggi, mencapai faktor kesalahan 0,1 -0,5 %. - Kedudukan ate posisi alat ukur tidak mempengaruhi penunjukan. Kelemahannya: - Dapat dipengaruhi oleh temperatur ruangan yg tinggi. - Tidak boleh ditempatkan pada ruangan yg lembab / basah - Harga relatif mahal.

~ 3.7. ALAT UKUR RESISTANS PEMBUMIAN Lanjutan 3.6. A I1 Cara kerjanya : Pada resistan Ohm PQ digeser kontak geser Q’ yg tersambung pada tanah pembantu Y melalui telepon kepala T. Titik A dan P disambung terus untuk memastikan bahwa titik² tersebut benar-benar mempunyai satu tegangan yang sama. Besarnya tegangan antara titik P dan tanah pembantu Y tergantung dari letak kontak geser Q’, jadi tergantung dari besarnya penahan R antara titik P dan kontak geser Q’ Menitik arah aliran I1 di dlm Rx dan aliran I2 didalam R itu, jelas bahwa Ex dan Er harus berlawanan arahnya. M I2 S I1 I2 ~ ER A Q P Q’ T EX X Y Z I1

4. BEBERAPA DEFINISI 4.1. Yang dimaksud dengan pengukuran ialah : Untuk menentukan pemakaian daya dan energi listrik. Dalam pengukuran ini alat pengukur yang dipakai meliputi Meter Kwh, Meter KVarh dan Meter KVA maksimum. 4.2. Yang dimaksud dengan pembatasan ialah : Untuk menentukan batas pemakaian daya sesuai dengan daya yang tersedia. Dalam pembatasan ini alat pembatas yang dipakai meliputi pemutus mini, pelebur, relai yang dimaksud dengan arus minimal pembatas (pemutus mini, pelebur, relai) ialah:

In = s Dimana S = Daya tersedia dalam VA Lanjutan 4.2 In = s Dimana S = Daya tersedia dalam VA E = Tegangan ominal fasa netral dalam V (Volt). Apabila digunakan trafo arus, penyetelan relai harus memperhatikan rasio arusnya. , Untuk fasa tunggal dalam A (Ampere) E , Untuk fasa tiga dalam A (Ampere) . √ 3 E

Lanjutan 4.2 4.3. Yang dimaksud dengan perlengkapan untuk memungkin dipasangnya alat pengukur dan pembatas, sehingga dapat berfungsi sesuai dengan yang diisyaratkan, perlengkapan yang dimaksud meliputi kotak alat pengukur dan pembatas, trafo arus dan trafo tegangan. 4.4. Yang dimaksud dengan sakelar waktu ialah : Suatu peralatan yang digunakan untuk membuka dan menutup kontak pada selang waktu yang telah ditentukan terlebih dahulu. Kontak- kontak ini digunakan antara lain untuk mengaktifkan meter KVA maksimum dan meter Kwh tarip ganda. 4.5. Yang dimaksud dengan APP adalah : Suatu kotak dengan ukuran-ukuran tertentu yang didalamnya dapat berisi pelebur, trafo arus dan blok penjepit (clamp block), untuk menghubungkan terminal-terminal APP dengan instalasi konsumen.

5. PENGGUNAAN ALAT UKUR adalah penggunaan yang biasa dan umum 5.1. Penggunaan alat ukur listrik yang dimaksud adalah penggunaan yang biasa dan umum digunakan pada jaringan listrik PLN. 5.2. Menurut sifat penggunaan : 5.2.1. Portable : alat ini mudah dipergunakan dan dibawa kemana-mana sesuai kebutuhan. 5.2.2. Papan penghubung / panel : Alat ini dipasang pada panel atau tempat- tempat tertentu secara permanen.

6. BEBERAPA MACAM ALAT UKUR Nama Alat Ukur Besaran Yg Diukur Tanda Satuan Rangkaian Penggunaan Keterangan Ampere Meter Volt Meter Watt Meter kWH Meter kVARH Meter Frek Meter Dan sbg nya Arus Tegangan Daya Energi Getaran - A E W kWH kVARH Hz - AC / DC AC - U / R I . R U.R , U.I cos Q U.I.t, U.I.t cos Cos Phi meter banyak digunakan dan terpasang pada : Panel pengukur mesin pembagkit , Panel gardu induk , Gardu Induk, Alat pengujian , Penerangan dll

7. PENGUKURAN BIDANG KELISTRIKAN MAGNIT LISTRIK Tidak dapat dipisahkan Generator Magnit : Motor Mesin listrik Transformator 7.1. Alat Ukur mempunyai type penunjukan a. Pengukuran kuat medan b. Penentuan kurva B-H dari suatu matrial Ferro Magnit c. Penentuan rugi-rugi Hysterisis dan Eddy Current d. Pengetesan magnit permanen

7.2. Pengukuran Kapasitansi ( C ) Lanjutan 7.1. 7.2. Pengukuran Kapasitansi ( C ) Dilakukan untuk pengukuran kapasitansi suatu kapasitor (Farad micro farad) atau suatu sistem yang mempunyai efek kapasitif Contoh : a. Mencari letak putusnya kabel tanah b. Mengukur permitivitas suatu bahan dielektrik. 7.3. Pengukuran Induktansi (L) Pengukuran ini pada umumnya digunakan pada rangkaian arus bolak-balik (AC) Contoh : a. Kumparan (belitan) b. Induksi sendiri (Self Inductance/L. Henry) c. Induktansi bersama (Mutual Inductance)

7.4. Pengukuran Tahanan (R) Tahanan Kecil : Digunakan untuk mengukur Lanjutan 7.3. 7.4. Pengukuran Tahanan (R) Tahanan Kecil : Digunakan untuk mengukur Tahanan-tahanan kontak Penghantar Konektor 7.4.1. Metode Pengukuran Tahanan Kecil Metode VoltMeter – Ampere Meter V Iv A I IR R Sumber DC Metode Jembatan Thomson

7.4.2. Pengukuran Tahanan Sedang Lanjutan 7.4.1. 7.4.2. Pengukuran Tahanan Sedang Resistor Digunakan untuk mengukur Semikonduktor Tahanan Tanah (Pentanahan) Metode yang digunakan : Volt Meter – Ampere Meter V A VA I R V A I R Iv Metode Substitusi Metode Jembatan Wheatstone

7.4.3. Pengukuran Tahanan Besar Lanjutan 7.4.2. 7.4.3. Pengukuran Tahanan Besar Pengukuran tahanan besar ini pada umumnya dilakukan untuk mengetahui tahanan isolasi suatu Isolator, Isolasi kabel. - Metode pengukuran : Refleksi (Volt Meter – Micro ampere Meter) Pelepasan muatan (Lost of Charge Methode) Jembatan mega ohm (megger) - Klasifikasi Tahanan : Tahanan kecil = < 1 ohm Tahanan sedang = 1 ohm sampai dengan 100.000 ohm Tahanan besar = > 100.000 ohm

7.5. Pengukuran Daya 7.5.1. Pembatasan Daya Lanjutan 7.4.2. 7.5. Pengukuran Daya 7.5.1. Pembatasan Daya Yang dimaksud dengan pembatasan daya untuk menentukan batas pemakaian daya sesuai dengan daya tersambung. Alat yang dipakai meliputi: Pemutus arus , Pelebur dan Relay Arus searah (DC) Daya Arus bolak-balik (AC) Daya arus bolak-balik (AC) Daya bolak-balik 1 phasa Daya bolak-balik 3 phasa

Impendansi (Z) Induktif Resistif Kapasitif Lanjutan 7.5. 7.5.2. Macam Pengukuran Daya Bolak-Balik ( AC ) Daya Semu (APPARENT) = MVA ; KVA ; VA Daya Aktif (Real) = MW ; KW ; W Daya Reaktif = MVAR ; KVAR ; VAR 7.5.3. Parameter Pengukuran Daya: Tegangan (V) Arus (I) Impendansi (Z) Induktif Resistif Kapasitif Impendansi (Z)

j Daya semu = V.I (VA) Daya aktif (Real) = V I cos j (watt) Lanjutan 7.5.3. Daya semu = V.I (VA) Daya aktif (Real) = V I cos j (watt) Cos j = Faktor daya V (Tegangan) j I (Arus) Daya Reaktif = V.I sin j (VAR)

8. CARA PENGUKURAN DAN PEMBATASAN 8.1. Klasifikasi sambungan listrik Berdasarkan golongan tarif cara penyambungan sambungan listrik diklasifikasikan menjadi 3 golongan, yaitu: - Sambungan tegangan rendah - Sambungan tegangan menengah - Sambungan tegangan tinggi 8.1.1. Pengukuran sambungan tegangan rendah Meter kwh 1 phase 2 kawat Meter kwh 3 phase 4 kawat Pengukuran arus 100 A ke atas dilakukan menggunakan Trafo arus. Pengukuran langsung menggunakan meter klas 2 Pengukuran tidak langsung menggunakan KWH meter klas 1, CT yang digunakan klas 1 atau lebih kecil

Meter KWH yang digunakan untuk pengukuran Tegangan Rendah: Lanjutan 8.1.1. Meter KWH yang digunakan untuk pengukuran Tegangan Rendah: Pengukuran langsung : Untuk KWH satu phasa dua kawat Meter KWH tiga phasa empat kawat Klas 1 untuk pengukuran tidak langsung Klas 2 untuk pengukuran langsung 8.1.2. Pengukuran Tegangan menengah Metode pengukuran tidak langsung, yaitu: menggunakan alat bantu PT dan CT klas 0.5 Kwh meter fase Tiga 3 kawat digunakan untuk jaringan tegangan menengah sistem fase Tiga 3 kawat atau dengan tahanan tinggi Meter kwh fase Tiga 4 kawat digunakan untuk jaringan tegangan menengah sistem fase tiga 4 kawat

8.1.3. Pengukuran Tegangan Tinggi Lanjutan 8.1.2. 8.1.3. Pengukuran Tegangan Tinggi Pengukuran pada sambungan tegangan tinggi menggunakan meter kwh fase Tiga - 3 kawat kelas 1 atau yang lebih teliti (£1) Alat bantu (CT dan PT) klas 0.5

RANGKAIAN CT Lanjutan 8.1.3. SINGLE RATIO P1 P2 K L k l s1 s2 500 / 5 DOUBLE RATIO P1 P2 K L k1 l s1 s3 k2 s2 500 - 1000 / 5 DOUBLE RATIO P1 P2 K L 1 k 1 l (1 s1) (1 s2) CL 1 2 k 2 l (2 s2) CL 5 P10 (2 s1) 500 - 1000 / 5 - 5

Lanjutan 8.1.3. RANGKAIAN PT 3 PHASE 3 WIRE 3 PHASE 4 WIRE U V W U V W

DIAGRAM PENGAWATAN METER KWH 1 FASE 9. CARA PENYAMBUNGAN / DIAGRAM PENGAWATAN 9.1. KWH METER KWH meter dugunakan untuk mengukur energi listrik yang menentukan besar kecilnya rekening listrik pemakai. Mengingat sangat pentingnya arti kwh meter, baik bagi PLN maupun sipemakai maka perlu diperhatikan benar² cara penyambungannya. DIAGRAM PENGAWATAN METER KWH 1 FASE Menentukan Pemabatas ( Zekring ) 1 3 4 6 A = VA : V = 900 : 220 = 4,09A DIPILIH = 4 A L N

Lanjutan 9.1 R S T N a. DIAGRAM PENGAWATAN kWh METER 3 PHASA 1 3 4 6 7 10 12 R S T N MENENTUKAN PEMBATAS ( ZEKRING ) Daya tersambung = 33 kVA Tegangan = 220/ 380 V Besar Arus = …… A A = VA = 33.000 = 50,19 A VPP x V3 380 x 1,73 DIPILIH = 50 A

Lanjutan 9.1.a. kVarh Meter kWh Meter M b. DIAGRAM PENGAWATAN KWH METER TARIF GANDA DAN KVARH METER kWh Meter kVarh Meter 1 3 4 6 7 9 10 12 13 15 1 3 4 6 7 9 R S T N Time Switch M 7 8 1 2 3

~ ~ Lanjutan 9.1.b. 9.2 FREKWENSI METER Frekwensi meter digunakan untuk mengetahui frekwensi atau gelombang sinusoida arus bolak balik yg merupakan jumlah siklus gelombang sinusoida tersebut perdetiknya ( cycle / second ) Cara penyambungannya : P Sumber daya P Sumber daya beban ~ ~ beban Hz Hz Frekwensi meter mempunyai peranan cukup penting untuk mensin kronisasikan ( paralelkan ) 2 unit mesin pembangkit dan stabilnya frekwensi merupakan petunjuk kestabilan mesin pembangkit.

Lanjutan 9.2. 9.3. WATT METER Alat ukur ini u/ mengetahui besarnya daya nyata ( daya aktif ) . Pada watt meter terdapat spoel arus dan spoel tegangan , sehingga cara penyambungan watt pada umumnya merupakan kombinasi dari volt meter dan ampere W P Sumber daya P Sumber daya ~ ~ beban beban W Jenis lain dari watt meter adalah - KW meter ( kilo watt meter ) - MW meter ( mega watt meter

Lanjutan 9.3. 9.4. MEGGER Megger digunakan untuk mengukur tahanan isolasi dari alat-alat listrik atau instalasi-instalasi tenaga listrik misalnya: kabel, trafo, OCB, Jaring SUTM dll. Tegangan alat ukur ini umumnya tegangan tinggi arus searah yang besarnya berkisar 500 s/d 10.000 Volt. Tegangan megger dipilih berdasarkan tegangan kerja daripada sistem tegangan kerja peralatan atau instalasi yang akan diuji. Hasil pengujian ditetapkan bahwa harga penahan isolasi minimum = 1000 X tegangan kerja peralatan yang akan diuji.

Lanjutan 9.4. GAMBAR RANGKAIAN DALAM MEGGER A R Ώ Cara kerjanya : Penahan isolasi dipasang pada apitan A dan E Tangkai generator D diputar dengan cepat - D X P + E Saklar P ditekan hingga jarum penunjuk menyimpang kekanan ke angka Nol. Bila kondisi ini sudah tercapai saklar P dilepas, sambil memutar terus tangkai generator dengan kecepatan yang sama. Maka jarum akan bergerak kembali dan berhenti pada suatu harga penahan isolasi dengan satuan M.Ohm .

9.5 PHASA SQUENCE Lanjutan 9.4. Alat ini untuk mengetahui benar/ tidaknya urutan phasa system tegangan listrik 3 phasa. Ini sangat penting khususnya dalam penyambungan gardu-gardu atau konsumen listrik, karena kesalahan urutan phasa dapat menimbulkan : Kerusakan pada peralatan / mesin antara lain putaran motor terbalik Putaran piringan kWH meter menjadi lambat atau berhenti dll Phasa Squence RS T Sumber daya/ tegangan T S R

BATAS UKUR PADA ALAT- ALAT UKUR LISTRIK Setiap alat ukur mempunyai batus ukur tertentu, artinya alat ukur tersebut hanya mampu mengukur sampai harga maksimum tertentu, dimana jarum petunjuk akan menyimpang penuh sampai pada batas maximal dari pada skala yang tersedia. Pada alat ukur cermat yang dipakai untuk mengukur bermacam-macam rangkaian , biasanya dilengkapi dengan dua, tiga atau lebih batas ukur Angka penunjukan Contoh sebuah Volt Meter Angka skala max 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Angka batas ukur V CARA MEMBACANYA P HS = X BU 0 2 5 10 15 SM BU

11. PROSEDUR PENGUJIAN ISOLASI 11.1. Pengujian isolasi pada instalasi listrik dilakukan atas 3 hal a. Uji isolasi fasa-fasa b. Uji isolasi fasa-netral c. Uji isolasi fasa-pembumian (jika penghantar netral tidak dihubungkan ke penghantar pembumian. 11.2. Pengujian dilakukan per sirkit antara titik pasok sampai dengan PHB utama, PHB utama dengan PHB cabang PHB cabang dengan PHB cabang berikutnya sampai sirkit akhir. 11.3. Nilai resistans minimum adalah 1 kilo ohm untuk setiap 1 volt tegangan perencanaan.