bab ii landasan teori
advertisement
BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Alat Ukur Alat ukur adalah alat yang digunakan untuk mendapatkan/mengetahui nilai suatu besaran. Mengukur dapat didefinisikan sebagai suatu cara untuk menyatakan salah satu sifat atau keadaan dari suatu benda atau zat dalam bentuk suatu besaran, dengan cara membandingkannya dengan alat ukur standar atau alat ukur yang sudah dikalibrasi. Selain menghasilkan suatu nilai besaran listrik ataupun mekanik, alat ukur juga menunjukkan indikasi benar atau tidaknya suatu rangkaian/sirkit, alat seperti ini disebut dengan indikator. Berikut ini beberapa syarat-syarat alat ukur listrik : • Tidak boleh membebani rangkaian yang diukur. • Mempunyai keseksamaan yang tinggi (accuracy error dan precision error yang rendah) • Mempunyai kepekaan (sensitivity) yang tinggi. • Mempunyai stabilitas yang tinggi. • Kemampuan baca (readibility) yang baik. • Kemantapan (reliability) alat yang tinggi. Berikut ini beberapa kesalahan yang sering terjadi di dalam pengukuran: 1. Kesalahan sistem (systematic error), kesalahan sistem ini meliputi: Kesalahan kalibrasi. Kesalahan manusia (human error). Experimental error. Kesalahan teknik (error of technique). Kesalahan statistik (random error). 6 7 2. Kesalahan karena salah (illegitimate error) Blunder Computational error Chaotic error Berikut ini macam-macam alat ukur berdasarkan jenis arus dan tipenya: 1. Berdasarkan Jenis Arus : o Arus searah (DC) o Arus bolak-balik (AC) o Arus Searah dan arus bolak-balik (AC/ DC) 2. Berdasarkan tipe : o Tipe Jarum Petunjuk (analog) o Tipe Perekam (Recorder) o Tipe Integrasi (Integrator) o Digital 2.1.1 Prinsip Kerja Alat Ukur Listrik 2.1.1.1 Alat Ukur Azas Kumparan Putar (Permanent Magnet Moving Coil) Alat ukur Azas Kumparan Putar (Permanent Magnet Moving Coil) atau sering disingkat sebagai PMMC merupakan alat pengukur yang berkerja atas dasar prinsip dari adanya suatu kumparan listrik, yang ditempatkan pada medan magnit, yang berasal dari suatu magnet permanen. Seperti yang terlihat pada gambar 2.1 arus yang di alirkan melalui kumparan akan menyebabkan kumparan tersebut berputar. Alat ukur kumparan putar adalah alat ukur penting yang dipakai untuk bermacam arus. Tidak hanya untuk arus searah tapi dengan pertolongan alat-alat lainnya dapat digunakan untuk mengukur arus bolak-balik. Prinsip kerja alat ini menggunakan magnit yang permanent, yang mempunyai kutub-kutub, dan di antara kutub-kutub tersebut di tempatkan suatu silinder inti besi, di celah udara antara kedua kutub 8 magnet, dan silinder inti besi akan terbentuk medan magnit yang rata, yang masuk melalui celah kutub udara ini di tempatkan kumparan putar, yang dapat berputar melalui sumbu. Bila arus searah yang tidak ketahui besarnya mengalir melalui kumparan tersebut, maka suatu gaya elektro magnetis f yang mempunyai arah tertentu akan di kenakan pada kumparan putar, sebagai hasil interaksi atara arus dan medan magnit. Arah dari gaya f dapat di tentukan menurut ketentuan tangan dari Fleming. Besar dari gaya ini akan dapat di turunkan dengan mudah. Nyatakan besar medan magnit dalam celah udara sebagai B, panjang kumparan sebagai a, dan lebar kumparan sebagai b, momen putar Tp dapat dinyatakan sebagai: T=B×A×I×N ........................................................................ (2.1) T = Torsi (Nm) B = kerapatan fluk magnet (Wb/m A = luas efektif koil (m2) I = arus ke kumparan putar (A) N= jumlah belitan (N menyatakan banyaknya jumlah lilitan dari kumparan putar) Karakteristik Alat Ukur Kumparan Putar : Pembagian skala uniform Pemakaian daya rendah Ketelitian tinggi Tahan terhadap medan magnet Untuk pengukuran besaran AC diperlukan penyearah (rectifier) Pegas dialiri arus yang diukur. 9 Gambar 2.1 Konstruksi Alat Ukur Azas Kumparan Putar 2.1.2 Macam-macam Alat Ukur Listrik 2.1.2.1 Voltmeter Voltmeter adalah suatu alat yang berfungsi untuk mengukur tegangan listrik. Gaya magnetik akan timbul dari interaksi antar medan magnet dan kuat arus. Gaya magnetik tersebut akan mampu membuat jarum alat pengukur voltmeter bergerak saat ada arus listrik. Semakin besar arus listrik yang mengalir maka semakin besar penyimpangan jarum yang terjadi, Voltmeter mengukur beda potensial (atau 10 tegangan) dari sebuah komponen listrik dengan menempatkannya secara paralel dengan komponen tersebut seperti terlihat pada gambar dibawah ini. Gambar 2.2 Penempatan Voltmeter dengan Beban Berikut ini jenis-jenis dari voltmeter: 1. Voltmeter Analog Gambar 2.3 Bentuk Fisik Voltmeter Analog Gambar diatas merupakan bentuk fisik dari voltmeter analog dimana prinsip kerja voltmeter ini hampir sama dengan Amperemeter karena desainnya juga terdiri dari 11 galvanometer dan hambatan seri atau multiplier. Galvanometer menggunakan prinsip hukum Lorentz, dimana interaksi antara medan magnet dan kuat arus akan menimbulkan gaya magnetik. Gaya magnetik inilah yang menggerakan jarum penunjuk sehingga menyimpang saat dilewati oleh arus yang melewati kumparan. Makin besar kuat arus akan makin besar penyimpangannya. Gambar dibawah ini menjelaskan bagaiman prinsip kerja dari voltmeter analog. Gambar 2.4 Prinsip Kerja Prinsip Kerja Voltmeter Analog Desain penyusunan galvanometer dengan hambatan multiplier menjadi voltmeter dapat dilihat pada gambar dibawah ini. Rm Rm Gambar 2.5 Desain penyusunan galvanometer Fungsi dari multiplier adalah menahan arus agar tegangan yang terjadi pada galvanometer tidak melebihi kapasitas maksimumnya, sehingga sebagian tegangan 12 akan berkumpul pada multiplier. Dengan demikian kemampuan mengukurnya menjadi lebih besar. Jika kemampuannya ingin ditingkatkan menjadi n kali maka dapat ditentukan berapa besar hambatan multiplier yang diperlukan. n=V/V G ............................................................................. (2.2) Rm = (n-1). RG V = tegangan yang akan diukur VG = Tegangan maksimum galvanometer RG = Hambatan galvanometer Rm = Hambatan multiplier Untuk mengukur tegangan kita harus menggunakan voltmeter yang dipasang paralel terhadap komponen yang kita ukur beda potensialnya. Jadi tidak perlu dilakukan pemutusan penghantar seperti pada amperemeter. Pada rangkaian arus searah pemasangan kutub-kutub voltmeter harus sesuai. Kutub positif dengan potensial tinggi dan kutub negatif dengan potensial rendah. Bila pemasangan terbalik akan terlihat penyimpangan yang arahnya ke kiri. Sedangkan pada rangkaian arus bolak balik tidak menjadi masalah. 2. Voltmeter Digital Pada dasarnya prinsip kerja voltmeter digital dan analog itu sama, hanya data/informasi yang akan diukur bersifat analog. Blok diagram alat ukur digital terdiri komponen sensor, penguat sinyal analog, analog to digital converter, microprosessor, alat cetak, dan display digital. Bentuk fisik dari voltmeter digital dapat dilihat pada gambar 2.6. 13 Gambar 2.6 Bentuk Fisik Voltmeter Digital Gambar 2.7 Blok Diagram Alat Ukur Digital Gambar diatas merupakan blok diagram alat ukur digital dimana sensor mengubah besaran listrik dan non elektrik menjadi tegangan, karena tegangan masih dalam orde mV maka perlu diperkuat oleh penguat input. Sinyal input analog yang sudah diperkuat kemudian diubah menjadi sinyal digital dengan (ADC) analog to digital yang kemudian akan diolah oleh perangkat PC atau microprosessor dengan program tertentu dan hasil pengolahan disimpan dalam sistem memori digital. Setelah itu informasi digital dicetak dengan mesin cetak dan kemudian hasilnya ditampilkan dalam display yang berbentuk 7 segmen. Display digital akan menampilkan angka diskrit dari 0 sampai angka 9 ada tiga jenis, yaitu 7-segmen, 14-segmen dan dot matrik 5 x 7. Sinyal digital terdiri atas 0 14 dan 1, ketika sinyal 0 tidak bertegangan atau OFF, ketika sinyal 1 bertegangan atau ON. Gambar dibawah ini merupakan macam-macam dari display digital. Gambar 2.8 Macam-Macam Display Digital Voltmeter digital (DVMs) sekarang instrumen yang lebih disukai untuk pengukuran ac dan dc disemua tingkat akurasi dan di semua tegangan sampai dengan 1 kV. Dasarnya adalah voltmeter digital terdiri dari referensi tegangan, biasanya diberikan oleh dioda Zener, sebuah converter analog ke digital dan sistem tampilan digital, dan catu daya, yang mungkin berasal baik dari listrik atau baterai. 2.1.2.2 Amperemeter Amperemeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik. Amperemeter dapat dibuat atas susunan microamperemeter dan shunt yang berfungsi untuk deteksi arus pada rangkaian baik arus yang kecil maupun arus yang besar, sedangkan untuk arus yang besar ditambahkan dengan hambatan shunt. Amperemeter bekerja sesuai dengan gaya lorentz gaya magnetis. Arus yang mengalir pada kumparan yang diselimuti medan magnet akan menimbulkan gaya lorentz yang dapat menggerakkan jarum amperemeter. Semakin besar arus yang mengalir maka semakin besar pula simpangannya. Untuk menggunakan alat ini adalah dengan cara memutuskan aliran pada sirkuit dan menyelipkan amperemeter pada tempat yang telah terputus tadi. Penempatan amperemeter dengan beban dapat dilihat pada gambar di bawah ini. 15 Gambar 2.9 Penempatan Amperemeter dengan Beban Amperemeter menurut jenisnya mempunyai dua jenis yaitu: 1. Amperemeter analog Gambar 2.10 Bentuk Fisik Amperemeter Analog Gambar 2.10 merupakan bentuk fisik dari amperemeter analog. Seperti terlihat pada gambar 2.11 amperemeter analog bekerja berdasarkan prinsip gaya magnetik (Gaya Lorentz). Yaitu ketika arus mengalir melalui kumparan yang dilingkupi oleh medan magnet timbul gaya lorentz yang menggerakan jarum penunjuk menyimpang. Apabila arus yang melewati kumparan besar, maka gaya yang timbul juga akan 16 membesar sedemikian sehingga penyimpangan jarum penunjuk juga akan lebih besar. Demikian sebaliknya, ketika kuat arus tidak ada maka jarum penunjuk akan dikembalikan ke posisi semula oleh pegas. Besar gaya yang dimaksud sesuai dengan Prinsip Gaya Lorentz F = B.I. L ....................................................................................................... (2.3) Dimana: F = Gaya elektromagnetis B = Rapat fluksi I = Arus yang mengalir L = Panjang Kumparan Gambar 2.11 Prinsip Kerja Amperemeter Analog Kemampuan amperemeter dapat ditingkatkan dengan memasang hambatan shunt secara parallel terhadap amperemeter seperti terlihat pada gambar 2.12. Besar hambatan shunt tergantung pada berapa kali kemampuannya akan ditingkatkan. Misalnya mula-mula arus maksimumnya adalah 1, akan ditingkatkan menjadi 1' = n.l, maka besar hambatan shunt: 17 Rsh = RG ( n -1 ) ..................................................................................... (2.4) Dimana: RG = Hambatan galvanometer mula-mula Contoh: Sebuah amperemeter dengan hambatan RG = 100 Ω dapat mengukur kuat arus maksimum 100 mA. Berapa besar hambatan shunt yang diperlukan agar dapat mengukur kuat arus sebesar 10 A. Penyelesaian: n = 10 A : 100 mA =100 Rsh = RG/(n-1) = 100/99 = 1,01 Ω Rsh RG Gambar 2.12 Pemasangan Hambatan Shunt Terhadap Amperemeter Amperemeter analog terdiri dari beberapa bagian antara lain : Jarum penunjuk skala (pada amperemeter analog) Jarum ini terpasang pada kumparan yang bergerak (moving coil) sehingga dapat bergerak berdasarkan peredaran arus yang masuk dalam moving coil. Jarum 18 tersebut mempunyai fungsi penunjuk besaran arus yang terukur dimana akan bergerak dan berhenti pada skala yang sesuai dengan besaran yang diukur. Probe Berfungsi untuk menentukan polaritas amperemeter. Selain itu probe juga digunakan untuk menentukan kutub positif amperemeter. Kalibrator Berfungsi untuk menentukan kalibrasi atau penunjukan skala pada angka nol (0) tepat,segaris dengan jarum penunjuk skala. dengan Ground Berfungsi untuk menentukan kutub negatif dari amperemeter. Cermin pemantul Berada pada papan skala yang ditunjukan sebagai panduan untuk ketepatan pembacaan skala. Prosedur pengukuran pada amperemeter antara lain sebagai berikut : Pastikan bahwa jarum penunjuk skala berada tepat satu garis dengan angka nol (0) pada skala (pada amperemeter analog). Memasang seri ampermeter dengan hambatan Memasang kabel negatif (berwarna hitam) di ground ampermeter, dan kabel positif (berwarna merah) pada probe amperemeter. Membaca penunjukkan arus pada papan skala arus sesuai dengan posisi jarum penunjuk skala. Pembacaan skala dilakukan tegak lurus dimana bayangan jarum pada cermin harus satu garis dengan jarum penunjuk, maksudnya agar tidak terjadi penyimpangan dalam membaca. 2. Digital Amperemeter digital merupakan jenis amperemeter yang cara penggunaanya cukup sederhana. Pada amperemeter digital kita sudah tidak perlu lagi melakukan 19 penghitungan, cukup dengan melihat angka hasil pengukuran yang akan tertera pada layar lcd. Hal ini disebabkan adanya sebuah alat yang akan mengkonfersikan hasil nilai pengukuran ke dalam layar 7 segmen yang langsung dapat dinilai hasil pengukuranya tanpa harus menghitungnya. Gambar 2.13 Bentuk Fisik Amperemeter Digital Pada gambar diatas terlihat bentuk fisik dari amperemeter digital. Amperemeter digital tipe SX72 memerlukan supply AC 220 volt untuk menghidupkan layar LCD yang merupakan rangkaian 7 segmen. Pada dasarnya prinsip kerja amperemeter digital sama dengan prinsip kerja pada amperemeter analog, hanya pada amperemeter digital sinyal analog itu di convert ke sinyal digital oleh suatu program yang disebut analog to digital (ADC). Setelah sinyal itu diubah menjadi sinyal digital kemudian sinyal digital itu diolah oleh microprosessor dengan menggunakan program tertentu untuk dikirim ke alat cetak yang nanti hasilnya akan ditampilkan ke display digital yang berbentuk 7 segmen tadi. Display digital akan menampilkan angka diskrit dari 0 sampai angka 9. Sinyal digital terdiri atas 0 dan 1, ketika sinyal 0 tidak bertegangan atau OFF dan ketika sinyal 1 bertegangan atau ON. 20 2.1.2.3 Frekuensi Meter Frekuensi meter merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengetahui banyaknya getaran listrik dengan kesatuan Herzt dari sumber pembangkit tenaga listrik. Mengapa getaran ini perlu diketahui, hal ini menyangkut permasalahan dari alat yang dipergunakan, dalam hal ini adalah alat-alat listrik karena alat-alat tersebut sudah mempunyai spesifikasi tertentu untuk getaranya. Biasanya yang dipakai rata rata berkisar 45 Hz sampai dengan 55 Hz. Kecuali getaran-getaran dari komponen elektronika. Perlu diingat pada teori dasar dari generator listrik, tertera rumus: Frekuensi (F) = n.p .................................................................................... 120 (2.5) Frekuensi meter bekerja atas dasar azas getaran listrik atau getaran secara mekanis. Frekunsi dengan azas resonansi (getaran) listrik jarang temukan, mengingat pembuatannya sangat mahal dan rumit dan disebabkan ruang lingkup penunjukkan jarum penunjuk sangat-sangat sempit hanya berkisar 48 Hz sampai 52 Hz, tetapi yang banyak dipakai adalah frekuensi meter dengan azas mekanik mudah merakitnya. Penyambungan frekuensi meter sama halnya dengan penyambungan alat ukur voltmeter. Jadi disambung secara pararel terhadap jaringan listrik, penyambungannya adalah sebagai berikut: Gambar 2.14 Pemasangan Frekuensi Meter Pada Beban Cara 21 Frekuensi meter Tipe Elektro Dinamis Gambar 2.15 Bentuk Fisik Frekuensi Meter Analog Tipe Elektro Dinamis Gambar diatas merupakan alat ukur frekuensi dengan skala penunjukkan atau sering dibuat sebagai alat ukur rasio (elektro dinamis). Pada gambar 2.16 kita bisa melihat bahwa arus yang mengalir melalui kumparan M1 dan M2 adalah I1 dan I2 . Konstanta-konstanta dipilih sedemikian rupa, sehingga menyebabkan arus-arus mempunyai resonansi pada masing-masing 42 Hz. Maka rasio dari I1 dan I2 akan berubah secara monoton dengan frekuensi-frekuensi yang berubah diatas, atau dibawah 50 Hz. Maka petunjuk akan bergetar sesuai dengan rasio tersebut, dan frekuensi yang akan diukur dapat diketahui pada skala petunjuk. Gambar 2.16 Prinsip Kerja Frekuensi Meter Tipe Elektro Dinamis 22 Frekuensi meter Lidah Bergetar Gambar 2.17 Bentuk Fisik Frekuensi Meter Lidah Bergetar 48 49 50 51 52 Gambar 2.18 Prinsip Kerja Suatu Frekuensi Meter Jenis Batang Bergetar Pada gambar diatas menunjukkan sistem kerja suatu frekuensi meter jenis batang bergetar. Sejumlah kepingan plat baja yang tipis membentuk lidah-lidah bergetar, masing-masing memiliki perbedaan frekuensinya, relatif tidak berjauhan satu sama lain dalam barisnya,dan mendapatkan arus medan magnet dari arus bolak -balik, salah satu lidah akan timbul getaran dan beresonansi, memberikan defleksi yang besar sesuai frekuensi yang ditimbulkan oleh arus bolak -balik. 23 Dalam perencanaan susunan lidah-lidah bergetar, telah ditetapkan bahwa amplitudo dari defleksinya akan menurun sampai kira-kira 60%, bila jarak dari perbedaan frekuensinya 0, 25 Hz dari frekuensinya. Getaran dapat dilihat pada tipe lidah bergetar. 2.1.2.4 Cosφ Meter Dalam pengertian sehari-hari disebut pengukur Cosinus phi (φ ). Tujuan pengukuran Cosφ 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 dapat menggunakan rumus: Cosφ = P ........................................................................................................................................... (2.6) V.I Keterangan: P = daya dalam satuan watt V = tegangan dalam satuan volt I = arus listrik dalam satuan ampere Cara penyambungan cosφ meter tidak berbeda dengan watt meter sebagaiman gambar dibawah ini : 24 Gambar 2.19 Cara Penyambungan Cosφ Meter Berikut ini jenis-jenis dari Cosφ meter: 1. Cosφ Meter Analog Gambar 2.20 Bentuk Fisik Cosφ Meter Analog 25 Prinsip Kerja Cosφ meter Pengukuran Cosφ 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 Cosφ, prinsip pengukuran bukanlah dituntut hasil yang persis. Menurut petunjuk-petunjuk dari pembuat atau yang memproduksi alat kesalahan yang diizinkan adalah dua derajat, sudut skala penunjukan. ukur, Gambar 2.21 Kopel yang Ditimbulkan Alat Ukur Cosφ Meter Pada gambar diatas terlihat bahwa dengan jarum yang dihubungkan dengan kumparan-kumparan yang dapat bergerak dan yang sikapnya selalu sesuai dengan kumparan S2, maka penunjukan langsung berbanding lurus dengan φ. 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 φ berarti di sebelah kiri dari garis tengah yang tegak. 26 2.1.2.5 Wattmeter Wattmeter adalah instrumen pengukur daya listrik nyata yang pembacaannya dalam satuan Watt. Wattmeter digunakan untuk mengukur daya listrik pada beban beban yang sedang beroperasi dalam suatu sistem kelistrikan dengan beberapa kondisi beban seperti : beban dc, beban AC satu phase serta beban AC tiga phase. Daya listrik dalam pengertiannya dapat dikelompokkan dalam dua kelompok sesuai dengan catu tenaga listriknya, yaitu : daya listrik DC dan daya listrik AC. Daya dirumuskan sebagai : listrik DC P = V . I ....................................................................................................... (2.7) dimana : P = daya (Watt) V = tegangan (Volt) I = arus (Ampere) Daya listrik AC ada 2 macam yaitu: daya untuk satu fasa dan daya untuk tiga fasa, dimana dapat dirumuskan sebagai berikut : 1. Pada sistem satu fasa: P = V.I. cosφ ................................................................ (2.8) dimana : V = tegangan kerja (Volt) I = Arus yang mengalir ke beban (Ampere) Cosφ = faktor daya 2. Pada sistem tiga fasa : P = 3 V.I. cosφ ............................................................. dimana : V = tegangan fasa netral (volt) I = arus yang mengalir kebeban (Ampere) Cosφ = faktor daya (2.9) 27 Gambar 2.22 Cara Penyambungan Wattmeter Pemasangan wattmeter dengan notasi terminal 1,2,3 dan 5. Terminal 1-3 terhubung ke belitan arus wattmeter, terhubung seri dengan beban. Terminal 2-5 terhubung ke belitan tegangan wattmeter. Terminal 1-2 dikopel untuk mendapatkan catu tegangan suply tegangan seperti terlihat pada gambar 2.22. Pemasangan terminal meter tidak boleh tertukar, karena akibatnya meter tidak berfungsi. Untuk pengukuran daya besar, dimana arus beban besar dapat digunakan trafo CT untuk menurunkan arus yang mengalir ke belitan arus wattmeter. Berikut ini tipe dari wattmeter: a. Wattmeter tipe elektrodinamometer Wattmeter tipe elektrodinamik memiliki dua jenis belitan kawat, yaitu belitan kawat arus yang dipasang diam dua buah pada magnet permanen, dan belitan kawat tegangan sebagai kumparan putar terhubung dengan poros dan jarum penunjuk. Interaksi medan magnet belitan arus dan belitan tegangan menghasilkan sudut penyimpangan jarum penunjuk sebanding dengan daya yang dipakai beban persamaan 2.8. Gambar 2.23 Konstruksi wattmeter elektrodinamometer 28 Pada gambar 2.23 kumparan arus dari Wattmeter dihubungkan secara seri dengan rangkaian (beban), dan kumparan tegangan dihubungkan parallel dengan line. Jika arus line mengalir melewati kumparan arus dari wattmeter, maka akan membangkitkan medan disekitar kumparan. Kuat medan ini sebanding dengan besarnya arus line kumparan tegangan dari wattmeter dipasang seri dengan resistor yang mempunyai nilai resistansi sangat tinggi. Tujuannya adalah untuk membuat kumparan tegangan dari meter mempunyai ketelitian tinggi. Jika tegangan rangkaian dipasangkan kekumparan tegangan, arus akan sebanding dengan tegangan line 2.2 Trafo Arus (Current Transformer) Trafo arus/current transformer (CT) adalah suatu peralatan listrik yang dapat memperkecil arus besar menjadi arus kecil, yang dipergunakan dalam rangkaian arus bolak-balik. Fungsi CT adalah untuk memperoleh arus yang sebanding dengan arus yang hendak diukur (sisi sekunder 5 A atau 1 A) dan untuk memisahkan sirkuit dari sistem yang arusnya hendak diukur (yang selanjutnya disebut sirkuit primer) terhadap sirkuit dimana instrument tersambung (yang selanjutnya disebut sirkuit sekunder). Berbeda dari transformator tenaga yang arusnya tergantung beban disisi sekunder, tetapi pada trafo arus seperti halnya ampere meter yang disisipkan ke dalam sirkuit primer, arusnya tidak tergantung beban disisi sekunder, melainkan semata-mata tergantung pada arus disisi primernya. Berikut ini gambar bentuk fisik dari trafo arus. Gambar 2.24 Bentuk Fisik Trafo Arus 29 CT umumnya terdiri dari sebuah inti besi yang dililiti oleh konduktor beberapa ratus kali. Output dari sekunder biasanya adalah 1 atau 5 ampere, ini ditunjukan dengan ratio yang dimiliki oleh CT tersebut. Misal 100:1, berarti sekunder CT akan mengeluarkan output 1 ampere jika sisi primer dilalui arus 100 Ampere. Jika 10:5, berarti sekunder CT akan mengeluarkan output 5 ampere jika sisi primer dilalui arus 10 Ampere. Dari kedua macam output tersebut yang paling banyak ditemui, dipergunakan dan lebih murah adalah yang 5 ampere. Perbandingan antara belitan primer dan sekunder pada trafo arus dapat dijelaskan menurut persamaan: .................................................................................. (2.10) Trafo arus/Current Transformers terdiri dari belitan primer, belitan sekunder dan inti magnetik. Jika arus primer yang masuk ke CT ke teminal P1/K dan arus yang mengalir ke sekunder dinamakan terminal S1/k, seperti terlihat pada gambar 2.25 (lihat arah arus sekunder IS yang masuk ke ampere meter). Selanjutnya terdapat terminal kedua pada CT disisi primer yaitu P2/L adalah terminal yang arusnya diperoleh dari P1/K yang dialirkan ke beban dan S2/l sisi sekunder adalah terminal yang arusnya diperoleh dari S1/k Gambar 2.25 Rangkaian Equivalen CT 30 Dalam hal ini, polaritas sisi sekunder harus disesuaikan dengan datangnya arus di terminal sisi primer (tidak boleh terbalik). Secara normal yang sesuai standar IEC terminal S2/l harus ditanahkan sebagai pengamanan sekunder CT terhadap tegangan tinggi akibat kopling kapasitif, sehingga sudut antara arus primer dan sekunder = nol, kalau S1/k yang ditanahkan maka sudut arus antara primer dan sekunder menjadi=1800. Pada gambar 2.25 terlihat arus yang masuk ke sekunder (IS) diperoleh primer (IP), yang diasumsikan arus dari primer tidak ada error (kesalahan) dari arus seperti terlihat pada persamaan 2.10. Gambar 2.26 Grafik Burden CT Pada CT tertulis class dan burden yang grafiknya dapat dilihat pada gambar di atas, dimana masing masing mewakili parameter yang dimiliki oleh CT tersebut. Class menunjukan tingkat akurasi CT, misalnya class 1.0 berarti CT tersebut mempunyai tingkat kesalahan 1%. Burden menunjukkan kemampuan CT untuk menerima sampai batas impedansi tertentu. CT standart IEC menyebutkan burden 1.5 VA (volt ampere), 3 VA, 5 VA dst. Burden ini berhubungan dengan penentuan besar kabel dan jarak pengukuran (lihat table). Aplikasi CT dapat disambungkan dengan alat meter seperti ampere meter, KW meter Cos Phi meter, dll. 31 2.3 Selector Switch Selector Switch atau rotary switch adalah switch yang dioperasikan oleh rotasi. Ini sering dipilih ketika lebih dari 2 posisi yang dibutuhkan, seperti untuk memilih besaran tegangan, arus atau frekuensi yang akan diukur, dll. Sebuah rotary switch terdiri dari spindel atau "rotor" yang memiliki lengan kontak yang permukaannya seperti cam. Ini memiliki berbagai terminal, tersusun dalam suatu lingkaran di sekitar rotor, yang masing-masing berfungsi sebagai kontak untuk "spoke" di mana salah sejumlah sirkuit listrik yang berbeda dapat dihubungkan ke rotor. Saklar ini satu dari berlapis-lapis untuk memungkinkan penggunaan beberapa kutub, setiap lapisan adalah setara dengan satu tiang. Biasanya seperti switch memiliki mekanisme detent jadi "klik" dari satu posisi aktif yang lain daripada warung di posisi menengah. Jadi rotary switch menyediakan tiang besar dan membuang kemampuan dari switch sederhana lakukan. Rotary switch ada beberapa macam yang mempunyai fungsi dan kegunaan masing-masing, seperti : 1. Voltmeter Switches Gambar 2.27 Bentuk Fisik Voltmeter Switches 32 Voltmeter switches merupakan sebuah selektor yang digunakan untuk memilih parameter tegangan yang kita inginkan. Voltmeter switches ini bisa mengukur enam parameter tegangan seperti tegangan antar fasa R-S, S-T, R-T dan juga mengukur tegangan fasa dengan netral yaitu R-N, S-N, dan T-N. Gambar 2.28 Connection Diagram Voltmeter Switches Gambar diatas merupakan gambar connection diagram dari voltmeter switches, dimana fungsi dari connection diagram adalah untuk mempermudah kita dalam pemasangannya. Berikut ini merupakan gambar wirring diagram dari gambar connection diagram di atas : Gambar 2.29 Wirring Diagram Voltmeter Switches 33 Dari gambar connection diagram di atas apabila tuas voltmeter switches dipindahkan ke posisi: R-S, maka kontak 8 & 7 dan R & 9 menutup. S-T, maka kontak 4 & V1 dan S & 5 menutup. R-T, maka kontak 4 & V1 dan R & 9 menutup. R-N, maka kontak R & 9 dan N & 11 menutup. maka kontak S & 5 dan N & 11 menutup. S-N, maka kontak T & V2 dan N & 11 menutup. T-N, 2. Amperemeter Switches Gambar 2.30 Bentuk Fisik Amperemeter Switches Amperemeter switches merupakan sebuah selector yang digunakan untuk memilih parameter arus yang kita inginkan. Amperemeter switches ini bisa mengukur tiga parameter arus seperti arus IR, IS, dan IT. 34 Gambar 2.31 Connection Diagram Amperemeter Switches Gambar diatas merupakan gambar connection diagram dari amperemeter switches, dimana fungsi dari connection diagram adalah untuk mempermudah kita dalam pemasangannya. Berikut ini merupakan gambar wiring digram dari gambar connection diagram di atas : Gambar 2.32 Wirring Diagram Amperemeter Switches 35 Dari gambar connection diagram di atas apabila tuas amperemeter switches dipindahkan ke posisi: R, maka kontak 4 & A2, R & 5, dan N & 12 menutup. S, maka kontak 2 & 1, 4 & A2 dan S & A1 menutup. T, maka kontak 2 & 1, T & 7 dan 12 & N menutup. OFF, maka kontak 2 & 1, 4 & A2 dan 12 & N menutup. 3. Frekuensi Meter Switches Gambar 2.33 Bentuk Fisik Frekuensi meter Switches Frekuensi Meter switches merupakan sebuah selektor yang digunakan untuk memilih parameter frekuensi yang kita inginkan. Frekuensi Meter switches ini bisa mengukur tiga parameter frekuensi seperti frekuensi pada fasa R, S, dan T. Gambar 2.34 Connection Diagram Frekuensi Meter switches 36 Gambar diatas merupakan gambar connection diagram dari Frekuensi Meter switches, dimana fungsi dari connection diagram adalah untuk mempermudah kita dalam pemasangannya. Berikut ini merupakan gambar wiring digram dari gambar connecrion diagram diatas : Gambar 2.35 Wirring Diagram Frekuensi Meter Switches Dari gambar connection diagram di atas apabila tuas frekuensi meter switches dipindahkan ke posisi: FR, maka kontak 2 & 1 menutup. FS, maka kontak 4 & 3 menutup. FT, maka kontak 6 & 5 menutup. 4. Cosφ meter & Wattmeter Current Switch Gambar 2.36 Bentuk Fisik Cosφ meter & Wattmeter Current Switch 37 Cosφ meter & Wattmeter Current Switch merupakan sebuah selektor yang digunakan untuk menghidupkan dan mematikan kumparan arus dari cosφ meter dan wattmeter. Apabila kita ingin menghidupkan kumparan arus dari kedua alat tersebut kita tinggal memindahkan tuas selektor itu ke posisi ON dan apabila kita ingin mematikannya kita tinggal memindahkan tuas selektor itu ke posisi OFF. Gambar 2.37 Connection Diagram Cosφ meter & Wattmeter Current Switch Gambar diatas merupakan gambar connection diagram dari Cosφ meter & Wattmeter Current Switch, dimana fungsi dari connection diagram adalah untuk mempermudah kita dalam pemasangannya. Berikut ini merupakan gambar wiring digram dari gambar connecrion diagram di atas : Gambar 2.38 Wirring Diagram Cosφ & Watt Current Switches 38 Dari gambar connection diagram di atas apabila tuas Cosφ meter & Wattmeter Current Switch dipindahkan ke posisi: ON, maka kontak 1&2, 3&4, 5&6, 7&8, 9&10, 11&12 menutup. OFF, maka kontak 1&2, 3&4, 5&6, 7&8, 9&10, 11&12 membuka. 5. Cosφ meter & Wattmeter Voltage Switch Gambar 2.39 Bentuk Fisik Cosφ meter & Wattmeter Voltage Switch Cosφ meter & Wattmeter Voltage Switch merupakan sebuah selektor yang digunakan untuk menghidupkan dan mematikan kumparan tegangan dari cosφ meter dan wattmeter. Apabila kita ingin menghidupkan kumparan tegangan dari kedua alat tersebut kita tinggal memindahkan tuas selektor itu ke posisi ON dan apabila kita ingin mematikannya kita tinggal memindahkan tuas selektor itu ke posisi OFF. Gambar 2.40 Connection Diagram Cosφ meter & Wattmeter Voltage Switch 39 Gambar diatas merupakan gambar connection diagram dari Cosφ meter & Wattmeter Voltage Switch, dimana fungsi dari connection diagram adalah untuk mempermudah kita dalam pemasangannya. Berikut ini merupakan gambar wiring digram dari gambar connecrion diagram diatas : Gambar 2.41 Wirring Diagram Cosφ meter & Watmetert Voltage Switches Dari gambar connection diagram di atas apabila tuas Cosφ meter & Wattmeter Voltage Switch dipindahkan ke posisi: ON, maka kontak 1&2, 5&6, 9&10, 13&14 menutup. OFF, maka kontak 3&4, 7&8, 11&12, 15&16 membuka. 2.4 MCB 3 Fasa MCB adalah sebuah alat yang di pakai untuk instalasi listrik.yang terdiri dari 1 fasa dan 3 fasa, tergantung dari pemakaian. Biasanya MCB di pakai untuk sekering/fuse/pengaman untuk instalasi listrik di rumah maupun digedung, panel. pabrik dan lain sebagainya. Kapasitas MCB menggunakan satuan Ampere (A), Kapasitas MCB mulai dari 1A, 2A, 4A, 6A, 10A, 16A, 20A, 25A, 32A, dll. 40 Berdasarkan konstruksinya, maka MCB memiliki dua cara pemutusan yaitu pemutusan berdasarkan panas dan berdasarkan elektromagnetik. Gambar 2.42 Konstruksi Dalam MCB 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-shute) dan bunga api yang timbul akan masuk melalui bilah-bilah arc-shute tersebut. Berikut beberapa kegunaan MCB : 1. Membatasi Penggunaan Listrik. 2. Mematikan listrik apabila terjadi hubungan singkat. 3. Mengamankan Instalasi Listrik. 41 4. Membagi rumah menjadi beberapa bagian listrik, sehingga lebih mudah untuk mendeteksikerusakan instalasi listrik. a. Karakteristik MCB Karakteristik sekering dan MCB dinilai dalam amps. Secara normal disebut sebagai rated current atau nominal current atau dalam bahasa indonesia dikenal dengan istilah arus nominal. Seringkali kita berfikir bahwa jika arus melebihi arus nominal, peralatan ini akan bekerja (trip) dengan segera. Misalnya dengan rating 15 amps, maka jika arus sistem 15.00001 amps maka peralatan tersebut akan bekerja akan tetapi pada kenyataannya hal ini tidaklah sepenuhnya benar. Karena MCB didesain untuk mengamankan kabel dalam rangkaian listrik, dan arus 15.00001 amps tidaklah membahayakan. Gambar 2.43 akan menjelaskan bagaimana MCB bekerja dalam mengamankan peralatan atau sistem dari arus lebih dan hubung singkat. Gambar 2.43 Kurva Karakteristik MCB Axis horizontal menunjukkan arus yang mengalir pada MCB pada suatu rangkaian yang diproteksi, sedangkan axis vertical menujukkan lamanya waktu diaman peralatan tersebut tetap dialiri arus sebelum bekerja (trip). Baik sekering atau MCB, meskipun mereka memiliki arus nominal yang sama, akan tetapi memiliki cara ekrja yang berbeda. Sebagai contoh, untuk bekerja dengan kecepatan 0.1 s, MCB membutuhkan arus 128 amps. 42 2.5 Sistem Jaringan Pada SUTM Jaringan Radial 2.5.1 Sistem Sistem jaringan radial adalah sistem jaringan yang paling sederhana, paling banyak dipakai, dan murah biaya pembangunannya. Jaringan yang keluar dari gardu induk disebut penyulang utama, sedangkan cabang dari penyulang utama disebut penyulang cabang. Arus yang paling besar mengalir pada jaringan yang paling dekat dengan gardu induk distribusi dan akan semakin berkurang dengan semakin jauhnya dari gardu induk distribusi. Mengecilnya arus tersebut memungkinkan ukuran konduktor diperkecil. Struktur jaringan ini dalam menyalurkan energi listrik keandalannya kurang. Suatu gangguan pada penyulang dapat mengakibatkan gangguan pada penyaluran energi listrik ke pelanggan yang berada di belakang titik gangguan. Struktur jaringan radial dapat dilihat pada gambar di bawah ini. Gambar 2.44 Stuktur jaringan radial
