TEORI DASAR kWh METER
1. PRINSIP DASAR kWh METER
kWh meter adalah alat pengukur energi listrik yang mengukur secara
langsung hasil kali tegangan, arus factor kerja,kali waktu yang tertentu
(UI Cos φ t) yang bekerja padanya selama jangka waktu tertentu tersebut.
Hal ini berdasarkan bekerjanya induksi megnetis oleh medan magnit yang
dibangkitkan oleh arus melalui kumparan arus terhadap disc (piring putar)
kWh meter, dimana induksi megnetis ini berpotongan dengan induksi mgnetis
yang dibangkitkan oleh arus melewati kumparan tegangan terhadap disc yang
sama.
Koppel putar dapat dibangkitkan terhadap disc karena induksi magnetis
kedua medan magnit tersebut diatas bergeser fasa sebesar 900 satu terhadap
lainnya (azas Ferrari). Hal ini dimungkinkan dengan konstruksi kumparan
tegangan dibuat dalam jumlah besar gulungan sehingga dapat dianggap
inductance murni.
Gambar 1A. Prinsip suatu meter penunjuk
Energi listrik arus B-B (jenis induksi)
GAMBAR 1
Keterangan Gambar :
M = Magnit permanent
Cp = inti besi kumparan tegangan
Wp = kumparan tegangan yang dapat dianggap sebagai reaktansi murni,
karena lilitan cukup besar
Cc = Inti besi kumparan arus
Wc = kumparan arus
Ip = arus yang mengalir melalui Wp
I = Arus beban yang mengalir melalui Wc
F = Kumparan penyesuaian fasa yang diberi tahanan R
RGS = Register
1L & 2S = Terminal sumber daya masuk
2L & 1S = Terminal daya keluar
PRINSIP KERJA
Ф1 ditimbulkan oleh arus I mengalir di kumparan Wc
Ф2 ditimbulkan oleh arus Ip mengalir di kumparan Wp dan Ip lagging 900
terhadap tegangannya
Gambar 2
Dengan mengambil persamaan moment alat ukur type induksi :
T = KW Ø1. Ø2 Sin (
Ф1 sebanding dengan I
Ф 2 sebanding dengan
Sin ( = Cos φ
Maka : TD = W.I Cos φ = V.I. Cos φ
Dengan demikian maka terhadap piringan logam D terdapat momen gerak TD
yang berbanding lurus terhadap daya beban. Apabila oleh karena pengaruh
momen TD. Piring logam D berputar dengan kecepatan n, maka sambil berputar
piringan tersebut memotong garis – garis fluksi magnetic m (akibat adanya
magnit permanen) sehingga menyebabkan terjadinya arus – arus putar (arus
Foucault) didalam piringan logam yang berbanding lurus terhadap n Ø m.
Arus – arus putar yang terjadi pada piringan logam D akibat adanya Ø1, Ø2
dan Ø m seperti dalam gambar 1.B
Arus – arus putar yang memotong garis – garis fluksi m menyebabkan
piringan logam D mengalami momen redaman TD yang berbanding lurus dengan
n. Ø m2
Bila momen TD dan Td dalam keadaan seimbang maka :
Kd. V.I. Cos φ = Km.n. Ø m2
n =
Kd, Km = konstanta
Sehingga didapat kecepatan n dari piringan logam D adalah berbanding lurus
dengan V.I.Cos, maka jumlah putaran piringan D untuk jangka waktu tertentu
sebanding dengan energi yang diukur pada jangka waktu tersebut. Kemudian
untuk mendapat angka hasil pengukuran dari piringan D tadi harus
ditransformasikan lagi kealat register.
2. BAGIAN – BAGIAN KWH METER DAN FUNGSINYA
Gambar 3
Badan (body) terdiri dari :
a. Bagian atas
b. Bagian bawah
Kumparan arus terdiri dari :
a. Pada kWh meter 1 phasa kumparan arus 1 set
b. Pada kWh meter 3 phasa 3 kawat kumparan arus 2 set
c. Pada kWh meter 3 phasa 4 kawat kumparan 3 set
Pada kumparan arus dilengkapi dengan kawat tahanan atau lempengan besi
yang berfungsi sebagai pengatur Cosinus phi (factor kerja)
Kumparan Tegangan terdiri dari :
Pada kWh meter 1 phasa ……………………………… 1 Set
Pada kWh meter 3 phasa 3 kawat ……………………. 2 set
Pada kWh meter 3 phasa 4 kawat ……………………. 3 Set
Piringan
Piringan kWh meter ditempatkan dengan dua buah bantalan (atas dan bawah)
yang digunakan agar piringan kWh meter dapat berputar dengan mendapat
gesekan sekecil mungin.
Rem Magnit
Rem magnit adalah terbuat dari magnit permanen, mempunyai satu pasang
kutub (Utara dan selatan) yang gunanya untuk :
a. Mengatasi akibat adanya gaya berat dari piringan kWh meter
b. Menghilangkan / meredam ayunan perputaran piringan serta alat kalibrasi
semua batas arus.
Roda gigi dan Alat Pencatat (register)
Sebagai transmisi perputaran piringan, sehingga alat pencatat merasakan
adanya perputaran, untuk mencatat jumlah energi yang diukur oleh kWh meter
tersebut dan mempunyai satuan, puluhan, ratusan, ribuan dan puluh ribuan
Data kWh Meter
Pada papan nama dari meter energi tercantum data sebagai berikut :
- Nama alat / merek pabrik
- Tipe atau jenis meter
- Cara pengawatan : satu fasa, 2 kawat
tiga fasa, 3 kawat
tiga fasa, 4 kawat
- Tegangan
- Arus
- Frekuensi
- Konstanta meter
- Kelas
- Satuan energi listrik
2. PRINSIP KERJA kVARh METER.
Meter kVARh pada prinsipnya adalah seperti meter kWh. Kalau pada meter
kWh yang diukur adalah daya nyata atau I.E.Cos φ x t, maka pada kVARh
yang diukur adalah daya buta atau I.E.Sin φ x t.
Untuk bisa mendapatkan hasil pengukuran E.I.Sin φ x t, prinsip dasarnya
adalah membalik polaritas kumparan tegangan kWh dengan jalan membalik
pengawatannya.
kVARh dipergunakan untuk mengukur besarnya pemakaian energi rekatif pada
konsumen – konsumen yang mempunyai Cos φ kurang dari 0,85 atau pada
konsumen – konsumen yang mempunyai sudut phasa lebih besar dari 36,860.
Apabila kita perhatikan pada tiga daya dibawah ini (lihat gambar)
Gambar 6
Apabila pada segi tiga daya tersebut kita coba gambarkan suatu besaran
sudut (FI) yang berubah – ubah dengan besaran Kw yang tetap, maka dapat
terlihat disini bahwa :
- Besarnya kVA akan berubah – ubah
Semakin besar sudut Ø atau semakin jeleknya Cos φ maka kVA akan semakin
besar
- besarnya kVAR akan berubah - ubah
Semakin besar sudut Ø atau semakin jeleknya Cos φ maka kVAR akan semakin
besar.
Lihat gambar
Pada titik A besarnya sudut Ф = 0
Maka besar Cos φ = 1
Sehingga kVA = kW
Sedangkan kVAR nya adalah = 0
Pada titik B :
Sudut 2 semakin besar sehingga Cos menjadi lebih kecil dari 1
kVA akan menjadi lebih besar dari kW, sedangkan kVARnya menjadi lebih
besar dari nol ( 0 ).
3. DIAGRAM RANGKAIAN DAN PENANDAAN TERMINAL
Diagram rangkaian harus tertera pada bagian disekitar terminal. Diagram
rangkaian dan cara penyambungannya dapat dilihat pada gambar 9 sampai 18
Susunan terminal harus sama dengan diagram rangkaian. Setiap terminal
harus diberi tanda yang sesuai dengan fungsinya.
Cara pengawatan kWh meter dibedakan menurut jumlah elemennya :
- Fase tunggal, 2 kawat mempunyai 1 elemen
- Fase tiga, 3 kawat mempunyai 2 elemen
- Fase tiga, 4 kawat mwmpunyai 3 elemen
Klasifikasi kWh meter dan Batas Kesalahan.
Klasifikasi kWh meter dibagi dalam 3 klas :
- kWh meter kelas 0,5 dipakai sebagai meter standard
- Kwh meter kelas 1 dipakai untuk pengukuran skunder (memakai trafo
ukur)
- kWh meter kelas 2 dipakai untuk pengukuran primer (tanpa trafo ukur)
Batas – batas kesalahan kWh meter yang ditentukan oleh kamar tera PLN (atas
kebijaksanaan PLN Wilayah/Distribusi setempat)
"Arus "Faktor Kerja "Batas kesalahan kWh meter dalam % "
" " "Kl 2 "Kl 1 "Kl 0,5 "
"100% In "11 "+ 0 ……….. + 2 "+ 0 ………. + 1 "+0 …….. + "
"100% In "0,5 (ind) "+ 0 ...………+ 2 "+ 0 ………. + 1 "0,5* "
"50% In "1 "+ 0 …………+ 2 "+ 0 ………. + 1 "+ 0 …….+ 0,8*"
"50% In "0,5 (ind) "+ 0 …………+ 2 "+ 0 ………. + 1 "+ 0 …….+ 0,5 "
"10% In "1 "+ 0 …………+ 2 "+ 0 ………. + 1 "+ "
"5% In "1 "+ 0 ………+ 2,5 "+ 0 ……. + 1,5 "+ 0 …….+ 0,8 "
" " " " "+ "
" " " " "+ 0 …….+ 0,5 "
" " " " "+ "
" " " " "+ 0 …….+ 1 "
Keterangan :
Tanda * : Titik 2 kesalahan yang biasa dirobah, bila menyimpang dari
batas yang ditentukan.
Tanda + : Titik 2 kesalahan yang tidak boleh dirubah, bila
menyimpang batas yang ditentukan
4. ALAT BANTU kWh METER
Ada tiga alat bantu yang digunakan dalam pengukuran dengan kWh meter :
a. Current transformator (trafo Arus)
b. Potensial transformator (Trafo tegangan)
c. Time switch
Tidak semua alat Bantu tersebut harus dipasang pada suatu pengukuran kWh
meter, hal tersebut tentu tergantung dari kebutuhan untuk pengukuran itu
sendiri. Maksud dari penggunaan alat bantu kWh meter adalah untuk
menyederhanakan disain pemuatan kWh sehingga :
- Dengan satu jenis kWh meter yang tertentu dapat digunakan untuk
pengukuran dari beberapa macam besarnya daya listrik.
- Untuk pengukuran tarif ganda maka didesain dengan coil perubahan
register yang menggunakan relay komando dari luar (Time Switch)
- Supaya kWh meter dapat digunakan untuk pengukuran energi listrik baik
pada sistem tegangan rendah maupun pada sistem tegangan menengah juga
pada sistem tegangan tinggi
- Untuk mempermudah pemasangan dan penempatan kWh meter
4.1. Transformator Arus
transformator arus adalah suatu alat listrik yang berfungsi untuk
mengubah besar arus tertentu (di lilitan primer) ke besaran arus tertentu
lainnya (di lilitan sekunder) melalui suatu kopling elektro megnetis.
Transformtor arus ini banyak digunakan didalam bidang pengukuran –
pengukuran listrik untuk memperoleh besaran ukur bagi ampere meter, kWh
meter, watt meter dan sebagainya
Karena meter – meter umumnya hanya dapat dilewati besaran ukur (arus)
yang kecil sedangkan arus yang mengalir ke jaringan distribusi adalah
besar, maka besar arus pada belitan primer transformator arus lebih besar
dari pada besar arus di lilitan sekundernya.
Jadi transformator arus yang dipergunakan pada meter – meter akan
mengubah arus primer yang besar menjadi arus sekunder yang lebih kecil
sehingga pengukuran dapat dilakukan.
4.1.1. Pemeriksaan Spesifikasi Transformator Arus (CT)
Transformator arus yang digunakan untuk pengukuran tegangan menengah dan
tegangan tinggi adalah kelas 0,5. setiap transformator arus harus
mempunyai data minimal sebagai berikut :
a. Nama pabrik pembuat atau tanda lain yang menunjukkan identitasnya.
b. Tipe dan nomor seri
c. Arus pengenal primer dan sekunder sebagai contoh :
Kn = Ipn/Isn (kn = 100/5 A)
d. Frekuensi pengenal (misalnya 50 Hz)
e. Keluaran pengenal dan kelas ketelitian (misalnya : 1S; 15 VA,
kelas 0,5; 2S; 30 VA, kelas 1)
f. Tegangan tertinggi untuk perlengkapan
g. Tingkat isolasi pengenal
h. Arus thermal singkat pengenal (I th) dan arus dinamik pengenal
(Idyn)
i. Kelas isolasi bila bukan isolasi kelas A
4.1.2. Pengujian polaritas CT
Transformator arus secara individual harus diuji polaritasnya untuk
membuktikan bahwa penandaan polaritas primer dan sekundernya adalah
benar. Pengujian dilakukan dengan sirkit seperti pada gambar berikut
:
Sebuah ampere meter dengan skala Nol ditengah, tipe permanent magnet
moving coil dihubungkan pada sekunder transformator arus. Battrey tegangan
1,5 Volt dihubungkan melalui saklar kutub – tunggal pada sisi primer, pada
saat saklar dimasukkan maka ampere meter akan menunjuk kearah positip
sesaat dan pada waktu saklar dibuka ampere meter akan menunjuk kearah
negatep sesaat.
Pengujian polaritas dapat diukur langsung pada terminal lemari APP (10
tipe II F Nomor : 1 dan 3; 1 dan 5; 1 dan 7)
4.1.3. Pengujian Rasio
Pengujian ini dilakukan dengan menginjeksi sisi primer, arus
dialirkan dan diukur dengan A 1 melalui transformator arus standar
seperti pada gambar berikut.
Arus sekunder diukur dengan ampere meter A2 dan nilai perbandingannya
anatara A1 dan A2 adalah merupakan rasio yang tertulis pada nama
transformator arus
Kesalahan arus dinyatakan dalam (%) dengan rumus :
(kn Is – Ip)
Kesalahan arus (%) = X 100%
Ip
Is = arus sisi sekunder
Ip = arus sisi primer
Kn = rasio transformasi transformator arus
1.4. Batas – Batas Kesalahan
"Kelas " "Persentasi "Pergeseran fasa pada persentase "
"keteliti" "kesalahan "arus pengenalnya "
"an " "Arus (rasio) pada " "
" " "persentase arus "Menit "
" " "pengenalnya "Centi Radian "
" " " " "
" "
"Kelas "± Persentasi "Pergeseran fasa pada persentase arus "
"keteliti"kesalahan arus "pengenalnya "
"an "(rasio) pada " "
" "persentase arus "Menit "
" "pengenalnya "Centi Radian "
" " " "
" "5 "20 "
" " "Menit "Centiradian "
"0,1 "0,1 "5 "0,15 "
"0,2 "0,2 "10 "0,3 "
"0,5 "0,5 "20 "0,6 "
"1,0 "1,0 "40 "1,2 "
"3,0 "3,0 " " "
-----------------------
Gambar 1B Arus – arus Eddy pada suatu piringan
Sin ( = Cos φ
Ф1
φ
V
(
Ф2
V
W
V
W
Kd
V.I Cos φ
Km Ф m2
1. Kumparan Tegangan
2. Kumparan arus
3. Elemen Penggerak/piringan
4. Rem Magnit
5. Register
6. Name Plate
7.Terminal Klemp
kVARh
kWh
1 2 3 5 7 8 9
1 2 3 5 7 8 9
Gambar 5
kVAR
kVA
kW
c
b
φ
a
φ4
φ5
φ2
GAMBAR 7
A
B
C
D
E
kVAR
kV࡞ࡠறளౠౣ౯ೃೄ್൷འར࿆࿈ၐA
kW
φ3
5
44
3
1
.
.
.
.
74
64
.
.
.5
B
E
B
A
N
B
E
B
A
N
F
N
F
N
54
4
3
1
.
.
.
Gbr. 8b
Diagram pengawatan kWh meter fase tunggal, 2 kawat sambungan langsung,
tarip ganda
Gbr. 8a
Diagram pengawatan kWh meter fase tunggal, 2 kawat sambungan langsung,
tarip tungal
.
.
.
.
4
6
.
1
.
3
10
.
7
93
.
11
B
E
B
A
N
R
S
T
N
Gbr. 8c
Diagram pengawatan kWh meter fase tiga, 4 kawat sambungan langsung, tarip
tungal
6
3
.
.
113
.
93
.
83
.
5
2
.
7
.
4
.
1
.
.
B
E
B
A
N
R
S
N
T
Gbr. 8d
Diagram pengawatan kWh meter fase tiga, 4 kawat sambungan tidak langsung,
tarip tunggal
.
.
.
.
M
33
23
13
153
13
.
.
.
.
.
.
.
.
k l
k l
.
.
.
.
.
K L
K L
R
83
.
123
5
2
.
.
.
.
.
93
7
.
6
4
.
3
1
.
.
.
43
.
k l
CT
.
K L
B
E
B
A
N
S
T
N
TM
Gbr. 8e
Diagram pengawatan kWh meter fase tiga, 4 kawat sambungan melalui trafo
arus dan trafo tegangan tarip ganda
.
.
83
.
.
93
.
5
k l
.
.
.
.
.
43
33
23
13
153
13
.
.
.
.
.
M
73
3
.
2
.
1
.
.
CT
20000/100
PT = V
100
.
K L
K L
.
B
E
B
A
N
R
TM
S
T
Gbr. 8f
Diagram pengawatan kWh meter fase tiga, 3 kawat sambungan dengan trafo arus
dan trafo tegangan, tarip ganda
B
E
B
A
N
.
83
.
113
5
2
.
.
.
.
.
93
7
.
6
4
.
3
1
.
N
R
S
T
Gbr. 8g
Diagram pengawatan kWh meter fase tiga, 4 kawat sambungan melalui
transformator tegangan dan tarnsformator arus, tarip tungal
kWh meter 1 fasa
kWh meter 3 fasa
20000/100
PT = V
100
TM
T
S
R
.
K L
.
73
.
CT
K L
k l
.
.
.
.
.
.
43
33
23
13
153
13
.
.
.
.
.
M
83
.
1
.
.
93
3
.
5
2
.
B
E
B
A
N
Gbr. 8h
Diagram pengawatan kWh meter fase tiga, 3 kawat sambungan melalui
transformator tegangan dan tarnsformator arus, tarip ganda
.
.
B
E
B
A
N
S
R
.
K L
73
.
CT
K L
k l
.
.
.
.
.
.
83
.
1
.
.
93
3
.
5
2
.
20000/100
PT = V
100
TM
T
Gbr. 8i
Diagram pengawatan kWh meter fase tiga, 3 kawat sambungan melalui
transformator tegangan dan tarnsformator arus, tarip tungal
20000/100
PT = V
100
TM
T
S
R
.
K L
.
73
.
CT
K L
k l
.
.
.
.
.
.
43
33
23
13
153
13
.
.
.
.
.
M
83
.
1
.
.
93
3
.
5
2
.
B
E
B
A
N
Gbr. 8j
Diagram pengawatan kWh meter fase tiga, 3 kawat sambungan melalui
transformator tegangan dan tarnsformator arus, tarip ganda
P1
P2
+
_-_
S1
S2
Push Oution Switch
Batery
GAMBAR 9
PENGUJIAN POLARITAS
Test Arus Skunder
A2
CT
Yang diuji
CT
Standar
A1
Current Transformer Test Set
~
AC Supply
GAMBAR 10
PENGUJIAN RASIO
250 V
AC
Supply
Hight Voltage Test Set
PT STANDAR
PT YANG DIUJI
V1
V2
GAMBAR 11
Tidak disyaratkan
