Konsep Segitiga daya , Jenis Beban, dan Pengukuran Daya Oleh Wattmeter

PENGUKURAN DAN ALAT UKUR

Konsep Segitiga daya , Jenis Beban, dan Pengukuran Daya Oleh Wattmeter

Created by
MUHAMMAD AL ROSHADY

Bagian 1

Konsep Segitiga Daya

Mari kira awali dengan penjelasan mengenai daya listrik terlebih dahulu. Seringkali terjadi kebingungan antara daya dan energi. Energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan kerja. Energi memiliki satuan Joule atau Btu. Sedangkan daya didefinisikan sebagai laju energi yang dibangkitkan atau dikonsumsi. Satuan dari daya adalah Joule/detik atau watt. Maka satuan energi listrik adalah watt-detik atau lebih populer dengan watt-hour.

Dalam sistem listrik AC / Arus bolak-balik ada tiga jenis daya untuk beban yang memiliki Impedansi (Z),yaitu:

·         Daya Semu (S) , satuannya VA (Volt Ampere)
Pada beban impedansi (Z), Daya semu adalah daya yang terukur atau terbaca pada alat ukur. Daya semu adalah penjumlahan daya aktif dan reaktif secara vektoris.

·         Daya Reaktif (Q), satuannya VAR (Volt Ampere Reaktif)

Daya reaktif adalah daya yang timbul akibat adanya efek induksi elektromagnetik oleh beban yang mempunyai nilai induktif (fase arus tertinggal / laging) atau kapasitif (fase arus mendahului/leading)

·         Daya Aktif(P), satuannya W (Watt)
 Daya aktif disebut juga daya nyata yaitu daya yang dibutuhkan oleh beban.

Hubungan dari ketiga daya diatas (S, Q, P) disebut segitiga daya.

Jika digambarkan dalam bentuk segitiga daya, maka daya nyata direpresentasikan oleh sisi miring dan da ya aktif maupun reaktid direpresentasikan oleh sisi-sisi segitiga yang saling tegak lurus. 

Dari gambar diatas terlihat pula bahwa semakin besar nila daya reaktif (Q) akan meningkatkan sudut antara daya nyata dan daya semu atau biasa disebut dengan power factor / COS φ.  sehingga daya yang terbaca pada alat ukur (S) lebih besar daripada daya yang sesungguhnya dibutuhkan oleh beban (P).

Secara Matematis dapat dituliskan .

Dimana :   

 S=V x I                 (VA)

 P=V x I x Cos φ    (W)

  Q=V x I x Sin φ   (VAR)

Bagian 2

Jenis-jenis Beban  AC (Arus bolak-balik)

Dalam sistem listrik arus  bolak-balik, jenis beban dapat diklasifikasikan menjadi 3 macam, yaitu :

1. Beban resistif (R)
2. Beban induktif (L)
3. Beban kapasitif (C)

1. Beban Resistif (R)

Beban resistif (R) yaitu beban yang terdiri dari komponen tahanan ohm saja (resistance), seperti elemen pemanas (heating element) dan lampu pijar. Beban jenis ini hanya mengkonsumsi beban aktif saja dan mempunyai faktor daya sama dengan satu. Tegangan dan arus sefasa. Persamaan daya sebagai berikut :

P = VI

Dengan :

P = daya aktif yang diserap beban (watt)

V = tegangan yang mencatu beban (volt)

I  = arus yang mengalir pada beban (A)

Gambar 1 Rangkaian Resistif Gelombang AC

Gambar 2 Grafik Arus dan Tegangan Pada Beban Resistif

2. Beban Induktif (L)

Beban induktif (L) yaitu beban yang terdiri dari kumparat kawat yang dililitkan pada suatu inti, seperti coil,transformator, dan solenoida. Beban ini dapat mengakibatkan pergeseran fasa (phase shift) pada arus sehingga bersifat lagging. Hal ini disebabkan oleh energi yang tersimpan berupa medan magnetis akan mengakibatkan fasa arus bergeser menjadi tertinggal terhadap tegangan. Beban jenis ini menyerap daya aktif dan daya reaktif. Persamaan daya aktif untuk beban induktif adalah sebagai berikut :

P = VI cos φ

Dengan :

P = daya aktif yang diserap beban (watt)

V = tegangan yang mencatu beban (volt)

I  = arus yang mengalir pada beban (A)

φ = sudut antara arus dan tegangan

Gambar 3 Rangkaian Induktif Gelombang AC

Gambar 4 Grafik Arus dan Tegangan Pada Beban Induktif

Untuk menghitung besarnya rektansi induktif (X_L), dapat digunakan rumus :

Dengan :

X_L = reaktansi induktif

F   = frekuensi (Hz)

L   = induktansi (Henry)

3. Beban Kapasitif (C)

Beban kapasitif (C) yaitu beban yang memiliki kemampuan kapasitansi atau kemampuan untuk menyimpan energi yang berasal dari pengisian elektrik (electrical discharge) pada suatu sirkuit. Komponen ini dapat menyebabkan arus leading terhadap tegangan. Beban jenis ini menyerap daya aktif dan mengeluarkan daya reaktif. Persamaan daya aktif untuk beban induktif adalah sebagai berikut :

P = VI cos φ

Dengan :

P = daya aktif yang diserap beban (watt)

V= tegangan yang mencatu beban (volt)

I  = arus yang mengalir pada beban (A)

φ = sudut antara arus dan tegangan

Gambar 5 Rangkaian Kapasitif Gelombang AC

Gambar 6 Grafik Arus dan Tegangan Pada Beban Kapasitif

Untuk menghitung besarnya rektansi kapasitif (X_C), dapat digunakan rumus :

Dengan :

Dimana :

X_L = reaktansi kapasitif

f  = frekuensi

C  = kapasitansi (Farad)

Bagian 3

Pengukuran Daya Menggunakan WattMeter

Dalam pengukuran daya,ada 2 metode yaitu:

1. Metode Pengukuran Daya Secara Tidak Langsung

 Ada dua jenis pengukuran daya menggunakan metode pengukuran tak langsung,     ditinjau dari letak kedua alat ukur, yaitu ampermeter dan voltmeter :

o   Voltmeter dipasang sebelum ampermeter

o   Voltmeter dipasang setelah Ampermeter

2. Metode Pengukuran Daya Secara Langsung

                Pengukuran daya listrik secara langsung adalah dengan menggunakan wattmeter Namun disini,akan dibahas mengenai penggunaan Wattmeter

Wattmeter adalah instrumen pengukur daya listrik yang pembacaannya dalam satuan watt dimana merupakan kombinasi voltmeter dan amperemeter

Dalam pengoperasiannya harus memperhatikan petunjuk yang ada pada manual book  atau tabel yang tertera pada wattmeter. Demikian juga dalam hal pembacaannya harus mengacu pada manual book yang ada
Macam Wattmeter dibagi menjadi 3,yaitu:

1.       wattmeter elektrodinamik / analog

Wattmeter elektrodinamik atau elektrodinamometer, instrumen ini cukup familiar dalam desain dan konstruksi elektrodinamometer tipe ampermeter dan voltmeter analog. Kedua koilnya dihubungkan dengan sirkuit yang berbeda dalam pengukuran power. Koil yang tetap atau field coil dihubungkan secara  seri dengan rangkaian, koil bergerak dihubungkan paralel dengan tegangan dan membawa arus yang proporsional dengan tegangan. Sebuah tahanan non-induktif dihubungkan secara seri dengan koil bergerak supaya dapat membatasi arus menuju nilai yang kecil. Karena koil bergerak membawa arus proposional dengan tegangan maka disebut  pressure coil  atau voltage coil dari wattmeter

    Konstruksi Wattmeter Analog sebagai berikut :

I*                = arus masuk
I   = arus keluar
L1                = phase R
L2                = phase S
L3                = phase T
3~               = penggunaan wattmeter untuk sistem 3 phase
~                 = penggunaan wattmeter untuk 1 phase / untuk DC
A                 = skala arus
V = skala tegangan

Pembacaan dari nilai didasarkan pada rumusan sebagai berikut :

P = U x I x C

Dimana :

U  = pembacaan pada jarum penunjuk wattmeter
 I  = pemilihan arus ( dari switch jarum menunjuk pada skala tertentu)
C  = faktor koreksi dapat dilihat pada tabel di Wattmeter.

                   2.wattmeter induksi   

Perbedaan dengan wattmeter jenis dinamometer adalah wattmeter induksi hanya dapat dipakai dengan suplai listrik bolak balik sedangkan wattmeter  jenis dinamometer dapat dipakai baik dengan suplai listrik bolak balik atau searah.Kelebihan dan keterbatasan wattmeter induksi yaitu wattmeter induks imempunyai skala lebar, bebas pengaruh medan liar, serta mempunyai peredaman bagus. Selain itu, alat ukur ini juga bebas dari error akibat frekuensi.
                Kelemahannya adalah timbulnya error yang kadang-kadang serius yang diakibatkan oleh pengaruh suhu sebab suhu ini berpengaruh pada tahanan lintasan arus eddy.Pengukuran daya arus searah dapat dilakukan dengan alat ukur wattmeter. Didalam instrumen ini terdapat dua macam kumparan yaitu kumparan arus dan kumparan tegangan. Kopel yang dikalikan oleh kedua macam kumparan tersebut berbanding lurus dari hasil perkalian arus dan tegangan.Daya listrik dalam pengertiannya dapat dikelompokkan dalam dua kelompok sesuai dengan catu tenaga listriknya, yaitu daya listrik DC dan daya listrik AC.Daya listrik DC dirumuskan sebagai Dimana P = daya (Watt)V = tegangan (Volt)I = arus (Ampere)Daya listrik AC ada dua macam yaitu daya untuk satu phase dan daya untuk tiga phase.Pada sistem satu phase dirumuskan sebagai berikut

P = VI
          P = V . Icos f

3.    wattmeter digital

Wattmeter elektronik digital modern/energy meter menghasilkan sampel tegangan dan arus ribuan kali dalam sedetik. Nilai rata-rata tegangan instan yang dikalikan dengan arus adalah true power (daya murni). Daya murni yang dibagi oleh volt-ampere (VA) nyata adalah power factor.

 Rangkaian komputer menggunakan nilai sampel untuk menghitung tegangan RMS, arus RMS, VA, power (watt), power factor, dan kilowatt-hours (kwh). Model yang sederhana menampilkan informasi tersebut pada layar display LCD. Model yang lebih canggih menyimpan informasi tersebut dalam beberapa waktu lamanya, serta dapat mengirimkannya ke peralatan lapangan atau lokasi pusat.

Sedangkan untuk Wattmeter digital,memiliki konstruksi sebagai berikut:

 Cara Pemakaian Wattmeter Digital:

1.       Masukan Kabel Power Sumber ( In Put ) Pada Terminal WATT & 10 A, Sesuai Petunjuk Pada    Watt    Meter Digital Yang Bertuliskan “ POWER SOURCE “.

2.       Masukan Kabel Beban ( Out Put ) Pada Terminal COM & V, Sesuai Petunjuk Pada Watt Meter Digital Yang Bertuliskan “ LOAD “.

3.        Setelah Kabel In Put ( Power Source ) & Out Put ( Load ) Terpasang, Hidupkan Watt Meter Digital Dengan Menggeser Tombol Pada Posisi ON.

4.       Tekan Tombol Pilihan Watt 1 ( 2000 W ) atau Watt 2 ( 6000 W – X10 W) Tergantung Dari Beban  Yang Akan Di Ukur.

5.       Apabila Pada Layar Tidak Tertulis Nol Maka Perlu Di Setting Watt Zero Adjust Agar Tampilan  Pada Layar Bernilai Nol.

6.       Masukan Kabel In Put ( Power Source ) Pada Stop Kontak Agar Beban / Load Dapat Bekerja.

7.       Lihat Hasil Tampilan Pada Layar, Apabila Menggunakan Batas Ukur Yang Watt 1 ( 2000 W ) Maka Tampilan Pada Layar Merupakan Hasil Pengukuran Daya Pada Beban / Load.

8.        Apabila Menggunakan Batas Ukur Yang Watt 2 ( 6000 W ), Maka Hasil Pada Layar Di Kalikan 10  Baru Ketahuan Hasilnya.

9.       Apabila Sudah Selesai Dalam Pengukuran Daya, Matikan Watt Meter Digital Dengan Menggeser Tombol Pada Posisi OFF.

4 .    Pengukuran Daya Arus Searah (Dc).

Pengukuran daya arus searah dapat dilakukan dengan alat ukur Wattmeter. Didalam instrument ini terdapat dua macam kumparan yaitu kumparan arus dan kumparan tegangan. Kopel yang dikalikan oleh kedua macam kumparan Wattmeter 4 tersebut berbanding lurus dari hasil perkalian arus dan tegangan.

5.       Pengukuran Daya Arus Bolak-Balik Satu Phase

Wattmeter 5 Dalam gambar 3 dapat dilihat bahwa dalam menghubungkan ke beban dan saluran supply daya listrik wattmeter untuk pengukuran daya satu phase ada kesamaan dengan pengukuran daya DC, terminal input output pada Wattmeter mempunyai kesamaan dengan saat mengukur daya DC.

6.       Pengukuran Daya Arus Bolak Balik Tiga Phase

Gambar 4: Mengukur daya tiga fase dengan satu wattmeter. Pengukuran seperti gambar 4 diatas dilakukan untuk jaringan tiga fase beban simetri, daya masing-masing fase sama besar P1 = P2 = P3 Besar daya

yang diserap beban tiga fase pada gambar 4, dirumuskan sebagai P = U . I . C.

Pembacaan dari nilai didasarkan pada rumusan sebagai berikut :

                                                                            P = U x I x C

Dimana :

U = pembacaan pada jarum penunjuk wattmeter

I = pemilihan arus ( dari switch jarum menunjuk pada skala tertentu)

C = faktor koreksi dapat dilihat pada tabel di Wattmeter.