AZAZ-AZAZ ALAT UKUR LISTRIK

Alat ukur listrik banyak macamnya, tetapi pada bagian ini hanya dibahas Alat Ukur yang berkaitan secara langsung dengan pusat pembangkit listrik.

A. Ampermeter

1. Pengertian ampermeter

Ampermeter adalah alat untuk mengukur besarnya arus yang mengalir pada rangkaian berbeban. Batas ukur amperemeter masih terbatas di lapangan, khusunya untuk mengukur arus listrik yang besar dan sistemnya menggunakan tegangan tinggi, sehingga harus menggunakan alat transformator arus. Transformator arus tersebut berfungsi untuk menurunkan besarnya arus listrik dan selanjutnya diukur dengan amperemater.

2. Transformator Arus

Transformator arus harus memiliki tingkat kepresisian yang tinggi sehingga rasio arus primer dan skunder konstan. Transformator arus digunakan untuk mengukur dan memonitor arus line dan juga digunakan untuk hubungan ke relai dan terhubung pada sisi skunder. Gambar XIII.1 menunjukkan contoh pengukuran arus dilengkapi transformator arus. Arus nominal transformator sebesar 5 A, dan besarnya arus yang terukur bergantung pada besarnya arus primer line. Karena transformator arus hanya digunakan untuk pengukuran dan sistem proteksi, maka dayanya antara 15 VA sampai dengan 200 VA. Transformator arus memiliki rasio 150 A/5 Transformator arus cukup aman untuk digunakan pengukuran line jaringan transmisi tegangan tinggi.

Gambar XIII.2 menunjukkan desain transformator arus 500 VA, 100 A/5 A untuk line sedang Gambar XIII.3 menunjukkan transformator arus 50 VA, 400 A/5 A, 60 Hz dengan isolasi untuk tegangan 36 kV

Selain transformator arus seperti ditunjukkan pada Gambar XIII.1, ada jenis lain tentang transformator arus, yaitu transformator arus toroida seperti ditunjukkan pada Gambar XIII.4.

Alat tersebut sedang dipasang pada line dengan arus line 100 A pada setiap saat. Laminasi berbentuk ring poros inti. Posisi konduktor primer panjang berada d (LV) dan tegangan menengah dengan isolasi dalam ditengah. Toroida memiliki perbandingan transformasi N dan CT memiliki rasio 1000 A/5 A dan 300 belitan pada belitan skunder. Toroida CT sederhana dan digunakan pada tegangan rendah.

B. Pengukuran Tegangan Tinggi

Untuk melakukan pengukuran tegangan tinggi tidak dapat dilakukan secara langsung karena keterbatasan skala voltmeter dan demi menjaga keselamatan manusia. Untuk melakukan pengukuran tegangan tinggi digunakan alat bantu transformator tegangan.

Transformator tegangan berfungsi untuk menurunkan tegangan pada sisi tegangan tinggi (primer) menjadi tegangan rendah (skunder), dengan menggunakan perbandingan belitan. Pada sisi tegangan tinggi jumlah belitannya lebih banyak jika dibandingkan jumlah belitan pada sisi skunder.

C. Pengukuran Daya Listrik

Dalam teori teknik tenaga listrik terurai untuk menentukan besarnya daya listrik yang dipakai dalam satuan Volt Amper (VA) dan yang lebih tinggi kVA (kilo Volt Amper). Dapat pula dikatakan Watt dan kW (kilo Watt) jika

faktor daya atau cos f diperhitungkan.

Dalam uraian secara perhitungan, besarnya daya (P) adalah:

P = E . I. Cos f watt, untuk daya arus bolak–balik satu phasa P= E . I. Cos f . 3 Watt untuk daya arus bolak–balik tiga phasa. Dalam praktiknya kita tinggal melihat hasil yang telah didata pada alat ukur. Di sini akan kelihatan berapa besar daya yang dipakai pada alat pemakai.

D. Pengukuran Faktor Daya

Dalam pengertian sehari–hari disebut pengukur Cosinus phi (f ). Tujuan pengukuran Cos f 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.

E. Pengukuran Frekuensi

Tujuan alat ini adalah 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 48 Hz sampai dengan 60 Hz. Kecuali getaran–getaran dari komponen elektronika.

Frekuensimeter 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 dengan Hz sampai 52 Hz, tetapi yang banyak dipakai adalah frekuensimeter dengan azas mekanik mudah merakitnya. Penyambungan frekuensi meter sama halnya dengan penyambungan alat ukur Voltmeter. Jadi disambung secara pararel terhadap jaringan listrik. Dan alat ini banyak ditemukan pada panel–panel PHB.

Pemasangan secara tidak langsung Cosphimeter phasa tiga 

1. Frekuensi meter Lidah 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.

F. Alat Pengukur Energi Arus Bolak-Balik

1. Prinsip Kerja

Untuk pengukur energi arus bolak–balik mempergunakan alat ukur type induksi, karena alat ukur ini mempunyai peralatan yang berprinsip kerjanya. Lihat Gambar XIII.37. Cp adalah inti kumparan tegangan, Wp adalah lilitan kumparan tegangan, dan Cc adalah inti kumparan arus, Wc adalah arus (lilitan arus), arus 1 mengalir melalui Wc mengakibatkan terjadinya fluksi Φ 1, Wp mempunyai sejumlah kumparan yang banyak dan mempunyai penampang kawat spot yang kecil dibandingkan dengan penampang kawat spot arus, dan hasil dari Wp adalah fluksi magnet Φ 2 antara arus yang melalui Wc dan Wp berbeda 90o.

2. Kesalahan dan cara kompensasinya

a. Penyesuaian phasa

Agar kepingan bisa diberikan suatu momen yang berbanding lurus terhadap daya beban, diperlukan memuat F2 agar phasanya tertinggal 90o terhadap V. Akan tetapi dalam praktiknya sudut phasa lebih kecil 90o yang disebabkan adanya tahanan–tahanan dan kerugian–kerugian isi besi pada inti dari kumparan tegangan Wp.

Untuk mengkompensasikan ini, suatu penyesuaian phasa di tempatkan pada kumparan itu. Hal ini dicapai dengan melilitkan kumparan F dengan beberapa lilitan terhadap inti lilitan tegangan dan dihubungkan tahanan R, lihat gambar XIII.39 terlihat bahwa arus I yang mengalir disebabkan oleh fluksi magnetis F2 dan ini membangkit pula fluksi magnetis Fs, hal ini mengakibatkan fluksi kombinasi F2 dari F 2 dan Fs mempunyai phasa tinggal terhadap V dengan sudut 90o.

b. Penyesuaian pada beban berat

Kepingan D pada saat berputar memotong medan Φ 1 dan Φ 2 selain dari qm akan membangkitkan momen k1.n .F 1

2 dan k2.n. F2

2 . Momen tersebut

akan bekerja berlawanan arahnya dari perputaran, akan menimbulkan perlawanan dan menyebabkan kesalahan negatif.

c. Penyesuaian Beban–Beban Ringan

Bila kepingan D berputar, maka momen gesekan akan terjadi dan menyebabkan kesalahan–kesalahan negatif. Untuk mengatasi ini ditempatkan cincin tembaga yang pendek, lihat Gambar XIII.41. Dengan pengaturan bagian dari fluksi magnetis q2 yang melalui cincin pendek, akan mempunyai phasa terlambat bagian lainnya yang tidak melalui cincin pendek ini.

Dengan mengatur posisi dari cincin pendek, kemungkinan untuk meniadakan pengaruh dari momen-momen gesekan.

d. Mengelakkan putaran pada Beban Kosong

Dalam posisi tidak berfungsi atau beban kosong atau tidak ada beban maka kumparan tegangan akan tersambung pada tegangan ini menyebabkan timbulnya medan magnet pada medan putar dan mengakibatkan keping D berputar secara pelan. Untuk menghindari hal ini, maka dilakukan dengan jalan membuat lubang kecil pada keping D dan ini berfungsi bila keping D berputar pada saat bagian dilubang melewati medan dari kumparan putar, maka keping–keping D akan mati.

G. Alat-Alat Ukur Digital

Alat ukur digital menunjukkan kebesaran yang diukur dalam bentuk angka. Alat ukur ini sangat peka sekali, bahkan sampai angka desimal dan sangat kecil masih dapat ditera dengan teliti. Dan alat ini penunjukkan secara langsung dapat dibaca. Disamping ini ada keuntungan–keuntungan lain seperti penggunaan sinyal-sinyal digital untuk pencetakan atau perekaman langsung pada pita magnetis selanjutnya untuk penghubung langsung komputer–komputer alat–alat digital untuk menambah efisiensi pengolahan data.

Gejala-gejala yang akan diukur kebanyakan berubaf secara kontinu (dalam bentuk analog), jika dipergunakan alat ukur digital untuk gejala–gejala tersebut maka perlu diubah pada setiap tempat menjadi besaran digital. Alat yang untuk mengubah ini disebut pengubah analog digital (A–D converter) dan ini merupakan elemen yang penting bagi alat ukur digital.

1. Voltmeter Digital

Masa sekarang perkembangan penggunaan alat–alat ukur listrik yang serba praktis dan canggih selalu dicari, terutama peneraan tegangan listrik diciptakan Voltmeter digital, ini sangat pesat sekali dan diciptakan bermacam–macam jenis. Selain mengukur tegangan, voltmeter digital dapat pula mengukur tahanan (meter–meter Volt Ohm) atau dapat kedua-duanya tegangan DC dan AC (multi meter).

Metoda yang dipakai secara garis besar dapat dibagi dalam metoda perbandingan, metoda integrasi dan metoda potensiometer integrasi. 

a. Metode perbandingan

Voltmeter berdasarkan metoda ini mempunyai suatu tegangan yang standar berkode berubah–ubah, tegangan yang diukur dibandingkan oleh suatu amplifier pembanding.

Tegangan yang dibandingkan oleh suatu amplifier pembanding mengatur suatu rangkaian pengatur (witching circuit) melalui suatu rangkaian logik sehingga tegangan standar dapat berubah secara otomatis sampai menyamai tegangan yang diukur, kemudian tegangan standar berkode ini ditunjukkan secara bilangan.

Metoda ini mempunyai sifat demikian rupa sehingga perbandingan langsung antara tegangan yang diukur dan tegangan standar menjamin ketelitian dan ketepatan pengukuran. Perbandingan tegangan luar dengan tegangan yang diukur dapat diukur dengan teliti dan tepat dan output berkode dapat dipakai untuk perekaman otomatis dari harga yang diukur.

b. Metoda Integrasi

Dengan metoda ini tegangan diintegrasikan oleh suatu rangkaian integrasi yang mempunyai kelinieran sangat baik, hasilnya diubah menjadi pulsa–pulsa yang kemudian diukur. Karena tegangan input diintegrasikan melalui suatu waktu periode sebanding dengan periode frekuensi gelombang daya jala–jala, maka harga rata–rata “noise” dengan frekuensi jala–jala yang tercampur dalam tegangan input adalah nol. Demikian pula noise lain, sehingga pengaruh dari noise pada petunjuk meter dapat dikurangi. Metoda integrasi ini dapat disub klasifikasikan dalam tiga jenis sabagai berikut:

2. Jenis pengubah tegangan frekuensi

Jenis ini merupakan kombinasi dari suatu pengubah tegangan frekuensi dan suatu frekuensimeter jenis penghitung (counter type) jika tegangan yang diukur dipasang pada terminal input, pengubah tegangan frekuensi menghasilkan suatu deretan pulsa sebanding dengan tegangan input dan frekensimeter jenis penghitung menghitung pulsa–pulsa dalam suatu

perioda waktu tertentu. Karena dalam pengubah ini dipakai rangkaian integrasi, maka jenis ini mempunyai keunggulan dari metoda integrasi.

3. Jenis “Dual Slope“

Pada jenis ini, tegangan analog diubah ke lebar waktu (time–width). Unit pengubah menggunakan suatu rangkaian integrasi. Tegangan yang yang diukur dikecilkan atau diperkuat sampai suatu nilai tegangan yang sesuai v1, i, lalu diintegrasikan selama satu periode waktu tertentu t1 dan kemudian suatu tegangan referensi v2 dengan polaritas berlawanan dari v1 diintegrasikan. Jika v1 diintegrasikan, maka output integrator mula– mula nol akan mencapai suatu nilai tertentu dan kembali menjadi nilai nol jika v2 diintegrasikan. Jika v2 dipasang sampai output integrator nol disebut t2 maka berlaku; v2/v1 = t2/ t1. jadi dengan mengukur t2 dan v2 secara teliti dan t1 konstan, maka tegangan yang diukur v1 dapat ditentukan.

4. Jenis modulasi lebar pulsa (jenis feedback)

Pada jenis ini, pegangan input dimodulasikan dengan lebar pulsa secara teliti dan dihitung beda antara lebar pulsa positif dan negatif. Output integrator v1 mempunyai “slope“ yang merupakan jumlah “slope“ dari tegangan yang diukur, V x 1 dan tegangan refernsi +Vs atau –Vs. Selain itu, suatu tegangan segitiga v2 dengan perioda antara frekuensi gelombang jala–jala dilakukan berulang–ulang dan jika v2 sama dengan v1, maka terjadi pembalikkan polaritas dari sakelar k oleh pembanding (comparator), jika perioda waktu dimana sakelar k berada pada –Vs adalah t1 dan berada pada +Vs adalah t2, maka berlaku hubungan; (Vx/Vs)(R2/R10=(t1–t2)(t1+t2). Karena (t1+t2) telah diambil sama dengan perioda dari frekuensi gelombang jala–jala, maka vx dapat ditentukan dengan mengukur beda antara lebar antara lebar pulsa–pulsa (t1–t2).

5. Metoda Potensiometer Integrasi

Metoda ini merupakan suatu kombinasi dari metoda perbandingan dan metoda integrasi, yaitu ketelitian dan metoda integrasi diperbaiki dengan menggabungkannya dengan metoda potensiometer. Sebagai contoh anggap keadaan dimana harus diperlihatkan suatu harga pengukuran 6 digit, keempat digit pertama didapat dengan jenis pengubah tegangan frekuensi dan kebesaran digitalnya diubah menjadi suatu kebesaran analog yang diteliti lalu dimasukkan kembali ke input, kedua digit terakhir didapat dengan mengukur beda antara input dan kebesaran analog yang sedang diukur dengan metoda perbandingan.

6. Recorder

Alat–alat ukur dengan mana harga tegangan, arus atau lainnya yang diukur direkam secara otomatis untuk suatu waktu yang panjang, atau bentuk gelombang, diteliti atau direkam, biasanya “recorder“ (perekam).

a. Perekam Jenis Langsung (Direct Writing Type Recorder)

Pada alat penunjuk listrik, dimana setiap titik pergerakan direkam pada kertas, disebut direct writing type recorder. Penulisan boleh dengan pena atau pemetaan.

b. Penulisan pena

Ini dikerjakan dengan mengikat pena pada titik yang ditunjukkan oleh alat listrik. Pena yang dipakai di tunjukkan oleh Gambar XIII.46. Tinta diisap oleh tempat tinta yang diam, melalui pengisap tinta. Oleh karena pergerakan pena disertai dengan penggesekan antara pena dan kertas, maka kopel penggerak haruslah lebih besar dibandingkan dengan meter listrik yang bergerak bebas. Karena itu tidak mempunyai sensitivitas yangtinggi seperti mikro amper meter.

c. Jenis Pemetaan (Plotting)

Titik defleksi yang ditunjukkan oleh instrumen penunjuk listrik dipetakan pada 10 s/d 30 sekon interval pada kertas. Bentuk mekanis plotting digambar pada Gambar III.48. berbeda halnya dengan penulisan pena, disini tidak ada gesekan antara pena dan kertas, kecuali untuk pemetaan, oleh karena itu sensitifitasnya lebih dibandingkan dengan pen. Tambahan dengan pergantian warna pita untuk setiap plotting.

7. Oscilloscope

Pemakaian oscillosgraph elektromagnetis dibatasi sampai frekuensi 10 KHz, dan untuk gejala frekuensi tinggi dipakai tabung katoda ray untuk mendefleksikan sinar cahaya elektron. Gambar XIII.50 menunjukkan blok diagram suatu alat pencatat X-Y.

Dengan adanya elektron yang berpindah diantara elektroda penggerak, sinar cahaya elektron akan bergerak dengan adanya tegangan pada elektroda penggerak. Jika 2 set elektroda penggerak (deflecting elektrode) diikatkan pada sudut yang benar satu sama lainya seperti gambar, sinar cahaya elektron dalam perjalanan yang lalu pada elektro dan penggerak ini akan bergerak vertikal maupun horizontal dan memukul satu titik pada screen dan ini menyebabkan material screen ber-flourescense dan bintik terang akan kelihatan pada screen.

H. Megger

Meger adalah alat untuk mengukur besarnya nilai tahanan isolasi. Jenis megger adalah: megger dengan engkol sebagai pembangkit tegangan, Sumber tenaga pada megger jenis ini berasal dari generator pembangkit tenaga listrik yang ada dalam alat ukur ini dan untuk membangkitkannya poros megger harus diputar; dengan alat penunjukan jarum dan megger dengan sumber tenaga dari baterai dan alat penunjukkanya berupa jarum juga. Salah satu contoh penggunaan dari alat ukur ini adalah untuk mengukur kemungkinan gangguan lain adalah terjadinya hubung singkat pada belitan antar phasa, antara phasa dengan bodi dan antar belitan pada phasa yang sama.

I. Avometer

Avometer atau multitester berfungsi untuk mengukur besarnya tahan listrik, besar tegangan listrik (AC dan DC), dan mengukur arus listrik (AC dan DC).

J. Pemeliharaan Alat Ukur

Alat-alat yang yang ada di laboratorium dan bengkel listrik banyak jenis, macam dan spesifikasinya, sehingga perlu penanganan khusus terhadap alat-alat. Untuk menunjang pemeliharaan dibutuhkan petugas laboran dan teknisi. Dengan adanya petugas laboran teknisi, diharapkan Diberi warna, tebal garis sama laboratorium dan bengkel listrik terpelihara dengan baik sehingga umur peralatan menjadi lebih panjang.

Pemeliharaan merupakan salah satu pekerjaan yang harus ada dalam kegiatan dilaboratorium dan bengkel. Pemeliharaan harus dilakukan oleh tenaga khusus yang memahami karakteristik peralatan yang ada. Pemeliharaan harus dilakukan oleh tenaga khusus yang memahami karakteristik peralatan menukang, komponen-komponen, dan peralatan listrik yang ada di laboratorium atau bengkel.

Maksud pemeliharaan adalah agar peralatan menukang, komponenkomponen, mesin-mesin listrik dan peralatan listrik laboratorium atau bengkel tidak mudah cepat rusak dan efisien kerjanya tinggi. Pemeliharaan mempunyai tujuan agar supaya alat-alat laboratorium atau bengkel dapat digunakan secara optimal dalam jangka waktu yang relatif lama. Dari uraian ini, dapat disimpulkan bahwa pemeliharaan berarti merawat, memperlakukan dengan benar, menyimpan dengan benar sesuai dengan fungsinya, agar terhindar dari kesalahan-kesalahan yang tidak perlu terjadi.

Jika dicermati, menangani alat-alat laboratorium dan bengkel tidak dapat dilakukan dengan cara serampangan, artinya cara menangani alat laboratorium atau bengkel harus dilakukan dengan cara professional. Laboran harus betul-betul memahami jenis, macam, dan spesifikasi alat laboratorium atau bengkel. Dengan memahami jenis, macam, dan spesifikasi alat-alat akan membantu mempermudah laboran dalam memeliharanya. Ruang lingkup pemeliharaan atau perawatan lebih kurang adalah meliputi penempatan penyimpanan alat-alat, posisi letak  penyimpanan, menejemen penggunaan alat, pembersihan alat, perlindungan peralatan dari pengaruh suhu dan lingkungan, dan pengecekan kondisi peralatan secara berkala (misal pemberian vet secara berkala pada bantalan motor listrik, pembersihan kotoran pada solder, pemberian minyak pelumas pada alat ukur listrik jarum, dan pembersihan disc drive pada komputer).

Penempatan penyimpanan alat merupakan bagian dari pekerjaan pemeliharaan. Penempatan penyimpanan alat disesuaikan dengan jenis, macam dan spesifikasinya. Alat yang peka terhadap terhadap kondisi lingkungan harus ditempatkan sedemikian rupa sehingga terbebas dari sinar matahari langsung, terbebas dari suhu ruangan yang terlalu tinggi, terlalu lembab, dan terbebas dari debu. Misalnya seperangkat komputer, alat ini harus ditempatkan diruangan tertutup yang terbebas dari sinar matahari langsung, suhu udara kurang lebih 30 oC, dan bebas dari debu.

Jika pekerjaan seperti ini telah dilakukan, maka pekerjaan pemeliharaan komputer telah dilakukan. Posisi letak penyimpanan alat juga merupakan bagian dari pekerjaan pemeliharaan. Posisi letak penyimpanan alat harus diperhatikan petunjuk posisi cara meletakkan alat, misalnya alat harus diletakkan tegak lurus, mndatar, atau posisi lain sesuai dengan petunjuk cara meletakkannya. Sebagai contoh adalah meter-meter listrk (alat pengukuran listrik), alat ini ada yang cara meletakkanya dengan posisi tegak lurus, mendatar, dan miring dengan sudut tertentu. Apabila petunjuk cara meletakkan penyimpanan alat dilanggar, cepat atau lambat akan berpengaruh pada tingkat ketelitian hasil pengukuran. Ada beberapa alat ukur listrik, misalnya AVO meter, alat ini tidak ada petunjuk khusus posisi meletakkannya. Keadaan ini dapat diatasi dengan meletakkan AVO meter sedemikian rupa sehingga mudah untuk melihat jenis alat ukur dan mudah dibaca (tidak terbalik) jika dibaca secara langsung.