PERBANDINGAN KILOWATTHOUR METER ANALOG DENGAN KILOWATTHOUR METER DIGITAL ( Aplikasi Pada PT. PLN (Persero) Cabang Medan) Juri Saputra Sebayang, Masyskur Sj Konsentrasi Teknik Energi Listrik, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA e-mail: [email protected] Abstrak kWh Meter merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengukur atau menghitung besar energi yang digunakan oleh konsumen. Energi yang digunakan tersebut dihitung dalam persatuan jam. Seperti yang diketahui kWh meter dibagi atas dua jenis yaitu kWh meter digital dan kWh meter analog. Kedua kWh meter tersebut memiliki perbedaan dalam cara kerja, keuntungan dan kerugian serta memiliki ketelitian yang berbeda juga. Untuk melihat perbedaan ketelitian tersebut telah dilakukan penelitian dan diperoleh data yaitu pada kWh analog dengan cos = 1 diperoleh persentase kesalahan kWh Analog sebesar 0.56%-.1.12% dan kWh digital sebesar 0.4% sedangkan pada cos = 0.5 diperoleh persentase kesalahan kWh meter Analog sebesar 0.69%-1.54% dan kWh digital sebesar 0.4% tetapi pada beban minimum terjadi kenaikan persentase kesalahan sebesar 0.75%. Dari data tersebut dapat dilihat bahwa kWh meter digital memiliki tingkat ketelitan yang lebih baik dibandingkan dengan kWh digital hal ini dapat dilihat dari persentase kesalahan kWh Meter. Kata Kunci: kWh Meter Analog, kWh Meter Digital, Ketelitian 1. Pendahuluan Penggunaan listrik sudah menjadi kebutuhan utama bagi semua masyarakat. Tanpa disadari semua kegiatan masyarakat luas selalu membutuhkan energi listrik baik itu untuk keperluan rumah tangga maupun keperluan industri. Kilowatt hour meter (kWh) merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengukur besar energi listrik yang digunakan oleh konsumen seperti perumahan, perkantoran dan industri. Seperti yang diketahui kWh meter dibagi atas 2 jenis yaitu kwh meter analog dan kWh meter Digital. Meskipun saat ada juga kWh meter semi digital tetapi kWh meter ini digolongkan kWh meter digital. kWh analog merupakan kWh yang menggunakan metode induksi dimana memiliki bagian seperti piringan, kumparan tegangan dan kumparan arus dan magnet permanen yang memiliki fungsi dalam pengereman. kWh meter digital merupakan kWh meter yang bekerja berdasarkan sistem elektronik dalam melakukan pengukuran energi listrik. Pada jurnal ini akan dilakukan percobaan untuk membandingkan ketelitian dari pengukuran energi listrik dengan menggunakan kWh meter, baik analog dan Digital untuk mengetahui ke akurasian dalam pengukuran energi listrik. 2. Watthourmeter Watt hour meter merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengukur besar energi listrik yang digunakan oleh konsumen seperti perumahan, perkantoran dan industri. Energi adalah sama dengan kerja yang mampu dilakukan oleh sistem sedangkan daya adalah berapa jumlah waktu yang digunakan untuk melakukan suatu kerja. Dalam satuan SI energi satuanya adalah joule, tetapi energi listrik diukur dala satuan watthour atau kilowatthour. Satu kilowatthour (kwh) adalah sama dengan3.6 MJ (Megajoule)[1]. Jumlah energi listrik yang mengalir ke dalam suatu sistem selama selang waktu antara i1 dan i 2 adalah [1]: i2 E pdt ...........................................(1) Interaksi antara fluksi 1 dan arus induksi i2 menghasilkan momen defleksi T1 dan interaksi antara fluksi 2 dengan arus induksi i1 menghasilkan momen T2 yaitu: k T1 k11i2 1 1m 2m Sint Cos t ............(6) R k 2 T2 k 22 i1 1m 2m Sin t Cos t. ……. (7) R i1 Sedangkan daya rata-ratanya: P 1 t 2 t1 t2 pdf …………………………...(2) t1 Pada dasarnya kWh meter Dibagi atas 2 bagian yaitu a. Kilowatthour Meter Analog kWh Meter Analog merupakan suatu alat pengukur energi listrik yang bekerja berdasarkan sinyal analog dengan mengunakan prinsip induksi medan magnet. Berikut ini adalah Gambar 1 merupakan prinsip kerja dari kwh meter analog 2 5 9 5 Momen total yang memutar piringan adalah [1]: T k 31m2 m sin ………………………….(8) Dikarenakan 1m sebanding dengan arus beban I yang juga mengalir pada kumparan arus, 2m sebanding dengan tegangan beban V dam arus Iv sebanding dengan tegangan V yang berbeda phasa 90 0 langging Maka dihasilkan diagram phasor tegangan dan arus watthourmeter sebagai beriku: V φ 900 α 5 Gears ø2 Spindle ø1 IV Shunt Magnet VC Supply Voltage V L O A D PFC FC1 I Gambar 2 Diagram phasor tegangan dan arus [1] FC2 Disc Braking Magnet CC Berdasarkan diagram phasor Gambar 2 maka momen putar dapat ditulis sebagai berikut [1]: T k3VI sin 90 Series Magnet Gambar 1 Prinsip Kwh Meter Analog [1] Momen putar Sistem yang bergerak terdiri dari sebuah piringan alumunium yang dipasang pada sebuah poros dan ditempatkan dalam celah udara antara magnet seri dan magnet shunt. Apabila arus bolak-balik I1 dan I2 dialirkan melalui kumparan A dan B maka akan dibangkitkan fluksi magnet Ø1 dan Ø2. fluksi-fluksi ini akan memotong piringan alumunium sehingga didalam piringan terinduksi tegangan induksi yaitu [1]: k3VI cos k3 P ………………………….……………….(9) 1. e1 d1 dt dan e2 d 2 …………………..(3) dt Tegangan induksi ini akan menghasilkan arus induks dalam piringan, yaitu [1] e1 1m Cos t …………………..(4) R R e Cos t ............(5) i2 2 2 m R R i1 Dimana: 2. P VI cos = daya pada beban Braking Torque (Momen Lawan) Sistem pengereman terdiri dari magnet permanen yang disebut rem magnet. magnet permanen tersebut akan menghasilkan fluksi . Dimana fluksi ini memotong piringan alumenium, maka dalam piring akan diinduksikan tegangan yang sebanding dengan kecepatan putar piring, yaitu [1]: e ...............................................(10) Arus induksi dalam piring adalah sebagai berikut [1]: i e ........................................(11) R R Momen Lawan tersebut adalah hasil perkalian antara fluksi dikali arus induksi: TB i …………………………………….…..(12) Bila kecepatan piring mencapai kecepatan konstan maka kedua momen putar dan momen lawan akan sama besar, sehingga persamaan menjadi [1]: TB T …………………………………………..(13) b. Kilowatthour Digital kWh Meter Digital/elektronik merup-akan suatu alat ukur besaran listrik yang bekerja berdasarkan prinsip elektronik (pulsa). Prinsip kerja kwh meter Digital/Elektronik seperti ditunjukkan Gambar 3: Load PLC Modem Relay Current Sensing LCD Display RS232 Interface Three Phase Bidirectional Energi Metering Voltage Sensing Microcontroller Pulses Menu Select Power Supply Supervisor Power Supply 3. Daya Dan Energi Listrik Daya listrik merupakan jumlah dari energi listrik yang ditransfer oleh suatu rangkaian listrik tertutup. Dimana nilai dari masing-masing fasa yaitu: Fasa R: P1 V I Cos .................................(14) Fasa S: P2 V I Cos .................................(15) Fasa T: P3 V I Cos .................................(16) Dengan kata lain, perhitungan daya tiga fasa merupakan penjumlahan dari daya satu fasa, yaitu [5]: Ptotal 3( P) P1 P2 P3 ……..….(17) Energi listrik merupakan hasil perkalian antara daya listrik dengan satuan waktu. Perkalian antara daya tersebut dapat dilihat pada persamaan berikut ini[5]: EEPROM RTC E DIGITAL ENERGY METER N L1L2 L3 Gambar 3 Diagram Skematik Kwh Meter Digital [2] Pengukuran pemakaian energi listrik dengan menggunakan kilowatthour elektronik atau digital adalah dengan cara mendeteksi besarnya sinyal arus dan tegangan pada line. Gambar 4 adalah diagram block dari proses pengukuran energi listrik dalam sistem digital [3]. Analog Signal Digital Signal Processing ADC Analog Signal DAC Gambar 4 Diagram block dari sistem kwh digital [3] Arus dan tegangan bolak-balik dikonversikan oleh tranducer r.m.s menjadi tegangan dc, tegangan dc diubah menjadi bilangan biner oleh analog to digital converter. Energi listrik rata-rata dihitung dengan proses multiplikasi bilangan biner antara arus dan tegangan, kemudian komsumsi energi listrik didapatkan dari proses akumulasi energi listrik setiap selang waktu (TS). Proses perhitungan konsumsi energi listrik ditunjukkan pada blok diagram Gambar 5 [4]: Dimana: 4. V x I x Cos x t …………………….(18) 1000 E P t = Energi Litrik (kwh) = Daya Listrik (Watt) = Waktu (jam) Hasil Dan Analisis Pada dasarnya kWh meter memiliki persentase kesalahan, dimana persentase kesalahan pada setiap kWh meter berbedabeda. Hal ini tergantung pada pembuatan dan jenis kWh meter tersebut. Dalam hal ini penulis mencoba untuk membandingkan kWh meter Analog dengan kWh meter Digital. Dimana kedua kWh meter ini memiliki tingkat ketelitian yang berbeda sehingga mempengaruhi persentase kesalahan dari kWh meter tersebut. Gambara 6 dan 7 adalah merupakan rangkaian dari pengukuran persentase kesalahan dari kedua Kwh Meter KWH METER sensor 1 2 3 4 L1 5 L1 6 7 L2 Peraga Digital 8 L2 9 L3 N L3 N A/D Irms i(t) vdci kiIrms DISPLAY BEBAN DALAM Watthour 2b Vref vdci Vrms kvVrms vdcv hexi A/D L2 L3 BAGIAN DEPAN POWER Multiplier K. Hexi . Hexi Summer P = P + PTs L1 2b Vref TOMBOL PENGATUR BEBAN BAGIAN DEPAN STANDART METER PTs v(t) Display persentase kesalahan L1 hexi φ(Derajat) I (%) L1 L2 L3 N L1 L2 L3 N vdcv L1 L2 L2 L3 L3 N L1 L2 L3 N L1 L2 L3 N N L3 L2 L1 Timer BAGIAN BELAKANG STANDART METER Ts Gambar 5 Proses Perhitungan Energi Listrik [4] BAGIAN BELAKANG POWER SUMBER TEGANGAN 3 PHASA Gambar 6 Rangkaian Percobaan.kWh meter Analog KWH METER Display sensor impuls 1 2 3 4 L1 5 L1 6 7 L2 8 L2 9 L3 N L3 N DISPLAY BEBAN DALAM φ(Derajat) I (%) L1 L2 L3 N Display persentase kesalahan TOMBOL PENGATUR BEBAN L1 BAGIAN DEPAN STANDART METER L2 L3 BAGIAN DEPAN POWER L1 L1 L2 L2 L3 L3 N L1 L2 L3 N L1 L2 L3 N L1 L2 L3 N N L3 L2 L1 BAGIAN BELAKANG STANDART METER BAGIAN BELAKANG POWER SUMBER TEGANGAN 3 PHASA Gambar 7 Rangkaian Percobaan kWh meter Digital Dari gambar 6 dapat memperoleh hasil pengukuran dari kWh meter dimana hasil pengukuran tersebut ditunjukan tabel 1 dan 2. Untuk tabel 1 merupakan pengukuran kWh Meter dengan Cos φ = 1 yaitu sebagai berikut: V1= 220.03 Volt Waktu (t) = 5 Menit V2= 220.05 Volt Cos φ = 1 V3= 220.02 Volt P =P1=P2=P3 Tabel 1 Hasil pengukuran kWh Meter Analog dengan cos φ = 1 P (W) I1 (A) I2 (A) I3 (A) N (Put) 1100 990 880 770 660 550 440 330 220 110 5.02 4.52 4.04 3.53 3.02 2.52 2.03 1.54 1.02 0.53 5.03 4.53 4.02 3.53 3.02 2.51 2.01 1.52 1.04 0.53 5.03 4.52 4.03 3.54 3.01 2.53 2.03 1.54 1.02 0.51 40.48 36.42 32.35 28.32 24.25 20.2 16.16 12.1 8.05 4.03 Persentase kesalahan Pada Standart meter (%) 0.56 0.58 0.61 0.65 0.69 0.74 0.83 0.87 0.93 1.12 Untuk Tabel 2 merupakan hasil pengukuran Kwh meter analog dengan Cos φ = 0.5 yaitu sebagai berikut: V1= 220.06 Volt Waktu (t) = 5 Menit V2= 220.04 Volt Cos φ = 0.5 V3= 220.07 Volt P =P1=P2=P3 Tabel 2 Hasil pengukuran kWh Meter Analog dengan cos φ = 0.5 P (W) I1 (A) I2 (A) I3 (A) N (Put) 550 495 440 385 330 275 220 165 110 55 5.02 4.53 4.02 3.53 3.02 2.51 2.02 1.52 1.01 0.52 5.03 4.51 4.02 3.52 3.03 2.53 2.04 1.54 1.03 0.53 5.02 4.52 4.04 3.51 3.02 2.52 2.03 1.52 1.01 0.53 20.2 18.17 16.16 14.1 12.1 10.05 8.02 6 4.01 2.01 Sedangkan dari gambar 7 dapat memperoleh hasil pengukuran dari kWh meter digital dimana hasil pengukuran tersebut ditunjukan tabel 3 dan 4. Untuk tabel 4 merupakan hasil pengukuran kWh Meter Digital dengan Cos φ = 1 yaitu sebagai berikut: V1= 220.08 Volt Waktu (t) = 5 Menit V2= 220.09Volt Cos φ = 1 V3= 220.11 Volt P =P1=P2=P3 Persentase kesalahan Pada Standart meter (%) 0.69 0.75 0.84 0.95 0.98 1.18 1.29 1.47 1.49 1.54 Tabel 3 Hasil pengukuran kWh Meter Digital dengan cos φ = 1 P (W) I1 (A) I2 (A) I3 (A) N (Imp) 1100 990 880 770 660 550 440 330 220 110 5.02 4.51 4.02 3.53 3.04 2.53 2.01 1.53 1.02 0.51 5.02 4.54 4.02 3.51 3.03 2.51 2.04 1.52 1.04 0.53 5.01 4.53 4.04 3.54 3.02 2.52 2.03 1.52 1.02 0.54 2740 2466 2191 1919 1644 1370 1097 822 547 274 Persentase kesalahan Pada Standart meter (%) 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 Untuk Tabel 4 merupakan hasil pengukuran Kwh meter Digital dengan Cos φ = 0.5 yaitu sebagai berikut: V1= 220.06 Volt Waktu (t) = 5 Menit V2= 220.05 Volt Cos φ = 0.5 V3= 220.08 Volt P =P1=P2=P3 Tabel 4 Hasil pengukuran kWh Meter Digital dengan cos φ = 0.5 P (W) I1 (A) I2 (A) I3 (A) N (Imp) 550 495 440 385 330 275 220 165 110 55 5.02 4.53 4.01 3.53 3.03 2.52 2.02 1.51 1.02 0.51 5.03 4.51 4.02 3.52 3.03 2.51 2.04 1.52 1.03 0.54 5.02 4.52 4.04 3.53 3.01 2.53 2.02 1.54 1.02 0.53 1370 1232 1097 958 821 684 546 410 272 136 Persentase kesalahan Pada Standart meter (%) 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.51 0.74 0.75 Dari data tabel hasil pengukuran dapat dilakukan perhitungan besar persentase kesalahan dari kedua kWh Meter secara perhitungan sebagai berikut: Dik : P = 1100 W T = 5 Menit = 5 x 60 = 300 S N= 40.48 put K= 148 put/kwh Dit: a. Es.....? b. E......? c. % kesalahan...? a. Energi Sebenernya yang digunakan kWh meter yaitu sebagai berikut: E S 3x b. Pt 0.2750 kWh 3600 x 1000 Energi yang tercatat oleh kWh meter yaitu sebagai berikut: N E 0.2735 kWh C c. ES E x 100% 0.54% ES 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0.54 0.56 0.59 0.62 0.66 0.72 0.82 0.85 0.91 1.09 Persentase Kesalahan pada standard meter kWh analog (%) 0.56 0.58 0.61 0.65 0.69 0.74 0.83 0.87 0.93 1.12 Pada Perhitungan untuk kWh Analog 1 0.8 Pada pengukuran untuk kWh Analog 0.6 Pada Perhitungan Untuk kWh Digital 0.4 Pada Pengukuran untuk kWh Digital 0.2 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 Energi Tabel 5 Perbandingan persentase kesalahan kWh Meter Digital dan Analog cos φ= 1 Persentase kesalahan pada Perhitungan kWh analog (%) 1.2 0 Dengan Menggunakan cara perhitungan yang sama seperti diatas selanjutnya kita dapat memperoleh hasil perbedaan persentase kesalahan dari kWh meter antara hasil perhitungan dengan pengukuran baik kWh Meter Analog maupun Digital adalah seperti Tabel 5: Perse ntase Beba n (%) Grafik Perbandingan kWh Meter 0 persentase kesalahan dari kWh meter yaitu sebagai berikut: % Kesalahan Adapun Grafik dari hasil perbandingan kWh Meter Analog dan digital hasil perhitungan dengan hasil pengukuran adalah seperti yang terlihat pada Gambar 8. Persentase kesalahan Penyelesaian: Persentase kesalahan pada Perhitungan kWh Digital (%) 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 Persentase Kesalahan pada standard meter kWh Digital (%) 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 Dari tabel 5, dapat dilihat bahwa persentase kesalaha. kWh Meter digital lebih baik dari persentase kWh Meter Analog dimana pada beban 10-100% kWh meter Digital lebih stabil yaitu 0.4% untuk pengukuran dan 0.36% untuk perhitungan, semantara kWh meter Analog semakain Rendah beban maka Persentase kesalahan semakin besar yaitu 0.541.09% untuk hasil perhitungan dan 0.56-1.12% untuk hasil pengukuran. Dimana hal ini dikarena rugi-rugi yang terjadi pada kWh meter Analog lebih besar dari kWh Meter Digital. Gambar 8 Grafik perbandingan persentase kesalahan hasil perhitungan dengan hasil pengukuran pada kWh meter Digital dan Analog cosφ=1. Dari Gambar 8, dapat dilihat bahwa Grafik kWh Meter Analog lebih tinggi dibandingkan kWh Meter Digial yang lebih rendah dan stabil. Hal tersebut dikarenakan ketelitian dari kWh meter Digital lebih baik dibandingkan kWh Meter Analog. Dengan Menggunakan cara perhitungan yang sama seperti diatas selanjutnya kita juga dapat memperoleh hasil perbedaan persentase kesalahan dari kWh meter antara hasil perhitungan dengan pengukuran baik kWh Meter Analog maupun Digital dengan cos φ= 0.5 yaitu adalah seperti Tabel 6: Tabel 6 Perbandingan persentase kesalahan kWh Meter Digital dan Analog cos φ= 0.5 Persentase Beban (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Persentase kesalahan pada Perhitungan kWh analog (%) 0.65 0.73 0.82 0.93 0.97 1.16 1.27 1.45 1.46 1.51 Persentase Kesalahan pada standard meter kWh analog (%) 0.69 0.75 0.84 0.95 0.98 1.18 1.29 1.47 1.49 1.54 Persentase kesalahan pada Perhitungan kWh Digital (%) 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.48 0.73 0.73 Persentase Kesalahan pada standard meter kWh Digital (%) 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.51 0.74 0.75 Dari tabel 6, dapat dilihat bahwa persentase kesalaha kWh Meter digital lebih baik dari persentase kWh Meter Analog dimana pada beban 40-100% kWh meter Digital lebih stabil yaitu 0.4% untuk pengukuran dan 0.36% untuk perhitungan hanya terjadi peningkata persentase kesalahan pada beban 10-30% yaitu 0.51-0.75 pada pengukuran dan 0.48-0.73% untuk perhitungan, semantara kWh meter Analog semakain Rendah beban maka Persentase kesalahan semakin besar yaitu 0.541.09% untuk hasil perhitungan dan 0.56-1.12% untuk hasil pengukuran. Adapun Grafik dari hasil perbandingan kWh Meter Analog dan digital hasil perhitungan dengan hasil pengukuran adalah seperti yang terlihat pada Gambar 9. 3. Dalam hal perubahan faktor daya dapat dilihat bahwa kWh meter digital tetap stabil dibandingkan dengan kWh Meter Analog. Dimana bila faktor daya semakin buruk maka persentase kesalahan kWh meter analog juga semakin buruk, sebaliknya kWh meter Digital tidak terpengaruh terhadap perubahan faktor daya. 6. Daftar Pustaka Persentase Kesalahan Grafik Perbandingan kWh Meter [1] 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 kWh Meter Digital Pada Perhitungan kWh Meter Digital Pada Pengukuran kWh Meter Analog Pada Perhitungan [2] kWh Meter Analog Pada Pengukuran 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 [3] Energi Gambar 9 Grafik perbandingan persentase kesalahan hasil perhitungan dengan hasil pengukuran pada kWh meter Digital dan Analog untuk cos φ=0.5. Dari Gambar 9, dapat dilihat bahwa Grafik kWh Meter Analog lebih tinggi dibandingkan kWh Meter Digial yang rendah dan stabil hanya terjadi peningkatan pada beban 10-30%. Hal tersebut dikarenakan ketelitian dari kWh meter Digital lebih baik dibandingkan kWh Meter Analog. 5. Kesimpulan Berdasaran data, perhitungan, pengukuran dan analisis yang penulis lakukan dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. 2. Persentase Kesalahan kWh Meter Analog lebih besar dibandingkan dengan persentase kesalahan kWh Meter Digital. Hal ini dapat dilihat dari hasil pengukuran maupun dari hasil perhitungan yang telah dilakukan pada percobaan tersebut. Dari tabel perhitungan maupun pengukuran yang dilakukan dapat dilihat bahwa kWh meter Digital lebih stabil persentase kesalahannya dibandingkan kWh Analog dalam hal perubahan beban. [4] [5] Bakshin.U.A, Bakshi. A.V, 2008, Electrical Measurements, Pune, Technical Publication Pune. http://www.integrateknik.com/download/document/Makalah%20AMR%20%20by%20InTek.pdf Ortiz Alfredo, 2007, Electric Power Componen And Systems, Spain, Taylor & Francis Group. http://www.crayonpedia.org/mw/ALATUKUR_LISTRIK http://www.wayankatel.com/2012/10/penrtian-dan-rumus-rumus-daya-listrik.html