COS PHI (COS φ) METER Makalah Ini Disusun Untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Alat Ukur Dan Pengukuran Listrik Dosen Pengampu Achmad Hardito, B.Eng., M.Kom.
Disusun Oleh kelompok 3 kelas LT 1D : 1. 2. 3. 4.
Aristia Pamungkas 3.31.14.3.03 Bayu Putra 3.31.14.3.05 Fogi Asgrena Pahrezki 3.31.14.3.10 Umy Rahmawati 3.31.14.3.19
PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI SEMARANG 2015
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Salah satu permasalahan yang sering terjadi dalam penggunaan energi listrik untuk level industri adalah masalah faktor daya atau cos φ yang lebih rendah daripada yang diterapkan oleh penyedia listrik. Dalam kasus ini khususnya di Indonesia, pihak industri diwajibkan membayar daya reaktif yang digunakan kepada penyedia layanan listrik, atau dalam istilah PLN-nya lebih dikenal dengan istilah denda KVAR. Penjelasan tentang kenapa hal ini dikenakan denda, bagimana cara mengukurnya dan bagaimana cara mengembalikan nilai faktor daya ini ke nilai idealnya, akan coba penulis bahas pada artikel di bawah ini. Perlu diperhatikan disini bahwa pada artikel ini, asumsi yang digunakan adalah sistem listrik dengan menggunakan sumber tegangan berbentuk sinusoidal murni dan menggunakan beban linier. Beban linier yang dimaksud disini adalah beban yang tidak merubah bentuk arus sumber, atau dengan kata lain menghasilkan bentuk arus yang sama dengan bentuk tegangan sumber. Dalam makalah ini, kami membahas mengenai alat ukur dalam bidang kelistrikan yaitu cos phi meter, alat ukur ini sekarang sudah banyak di pakai, terutama pada kelistrikan. Seorang teknisi biasanya memasang alat ukur ini pada panel atau trainer untuk keperluan teknis. Untuk melakukan pekerjaan kelistrikan, seperti memperbaiki faktor daya dan menguji rangkaian kelistrikan selalu diperlukan alat ukur, karena dengan cos phi meter kita dapat mengetahui besarnya faktor daya antara daya nyata dan daya semu yang melalui rangkaian tersebut. Alat yang memiliki cara pemasangan yang sama seperti cara pemasangan wattmeter pada rangkaian. Seiring perkembangan jaman yang terus berkembang, kini terdapat 3 jenis prinsip kerja dari cos phi meter yang antara lain prinsip kerja elektro dinamis, prinsip kerja besi putar, prinsip kerja kumparan silang.
1.2 Rumusan Masalah 1. 2. 3. 4.
Apa itu cos phi meter? Apa saja jenis cos phi meter? Apa bagian-bagian dari cos phi meter? Bagaimana cara mengukur menggunakan cos phi meter?
5. Apa kekurangan dan kelebihan dari cos phi meter digital dan analog?
1.3 Tujuan Adapun tujuan yang dimaksudkan dari penulisan makalah ini yaitu sebagai berikut : 1. Pembaca mengetahui apa itu cos phi meter. 2. Mengetahui fungsi dan pemakaian alat ukur dasar listrik cos phi meter. 3. Mengetahui cara mengukur menggunakan alat cos phi meter.
BAB II PEMBAHASAN 2.1
Pengertian Cos Phi Meter Cos phi meter berasal dari kata cos phi dan meter. Yang artinya, cos φ (cosphi) yang berarti beda fasa antara daya nyata dengan daya semu, arus resistif dengan arus total, maupun tahanan resistif dengan impedansi. Dan meter yaitu satuan dari ukuran atau bisa juga diartikan alat pembaca besaran (ukuran), maka itu disebut cos phi meter. Cos phi meter adalah alat yang digunakan untuk mengetahui, besarnya faktor kerja (power factor) yang merupakan beda fase antara tegangan dan arus. Dalam pengertian
sehari-hari
disebut
pengukur
Cosinus
phi
( ϕ ).
Tujuan
pengukuran Cos ϕ atau pengukur nilai cosinus sudut phasa adalah memberikan penunjukan secara langsung dari selisih phasa yang timbul antara arus dan tegangan. Cara penyambungan adalah sama dengan pengukuran watt meter. Dalam sistem tenaga listrik dikenal tiga jenis daya, yaitu daya aktif atau real power (P), daya reaktif atau reactive power (Q), dan daya nyata atau apparent power (S). Daya aktif adalah daya yang termanfaatkan oleh konsumen, dapat dikonversi ke pekerjaan yang bermanfaat (pekerjaan yang sebenarnya), bisa berubah menjadi energi gerak pada motor, bisa menjadi panas pada heater, ataupun dapat diubah ke bentuk energi nyata lainnya. Perlu diingat bahwa daya ini memiliki satuan watt (W) atau kilowatt (kW). Sedangkan daya reaktif adalah daya yang digunakan untuk membangkitkan medan / daya magnetik. Daya ini memiliki satuan volt – ampere – reaktif (VAR) atau kilovar (kVAR). Daya reaktif sering juga dijelaskan dengan daya yang timbul akibat penggunaan beban yang bersifat induktif atau kapasitif. Contoh beban yang bersifat induktif (menyerap daya reaktif) adalah transformer, lampu TL, dan belitan. Pada konsumen level industri, beban induktif yang paling banyak digunakan adalah motor listrik atau pompa listrik. Sedangkan contoh beban kapasitif (mengeluarkan daya reaktif) adalah kapasitor. Pembahasan tentang hubungannya dengan faktor daya atau cos φ akan dibahas berikutnya.
Daya nyata merupakan jumlah daya total yang terdiri dari daya reaktif (P) dan 2 2 daya reaktif (Q) yang dirumuskan : S2 ¿ √ P +Q
Hubungan ketiga daya itu dapat juga digambarkan dalam bentuk segitiga daya seperti pada gambar berikut :
S Cosphi meter (Cosϕ).
Cosphimeter adalah alat yang digunakan untuk mengetahui, besarnya faktor kerja (powerfactor) yang m . Gambar 2.1 Segitiga Daya Cosphi meter (Cosϕ). Daya Perbandingan antara daya aktif (P) dan daya nyata (S) inilah dikenal denganalat istilah faktordigunakan daya atau power factor (PF). Yang besarnya dirumuskanfaktor : Cosphimeter adalah yang untuk mengetahui, kerja (powerfactor) yang m .
Keterangan: P = daya dalam satuan watt V = tegangan dalam satuan volt I = arus listrik dalam satuan amper Atau rumus lain :
COS ɸ =
VR R P = = V Z S
Keterangan: VR
= tegangan resistif (volt)
V
= tegangan total (volt)
R
= tahanan resistif (Ω)
Z
= impedansi (Ω)
P
= daya nyata (W)
S
= daya semu (VA)
Apabila dilihat pada segitiga daya di atas, perbandingan daya aktif (P) dan daya nyata (S) merupakan nilai cos φ. Oleh karena hal ini, istilah faktor daya (PF) juga sering dikenal dengan sebutan nilai cos φ.
2.2
Jenis Cos Phi Meter 2.2.1Cos φ Meter Elektro Dinamik Cos phi meter ini dapat dilihat seperti pada gambar di bawah ini :
Gambar 2.2 Prinsip Cos Phi Meter Elektrodinamik Cara kerja dari alat diatas adalah apabila cos φ = 1 maka torsi akan bekerja pada kumparan penunjuk yang akan membentuk bidangnya tegak lurus dengan sumbu magnet bersama kumparan (F1=F2) yaitu bersesuaian dengan posisi jarum penunjuk cos φ =1 Dan apabila cos φ = 0 maka tidak ada torsi pada kumparan penunjuk, tetapi torsi yang bekerja pada kumparan penyeimbang akan membuat bidangnya tegak lurus dengan sumbu magnet (F1=F2). Cos phi meter dengan asas elektrodinamik merupakan alat ukur yang tidak dipengaruhi oleh perubahan frekuensi maupun bentuk gelombang, sehingga mempunyai ketelitian yang baik. Namun, penggunaan asas elektrodinamik juga mempunyai kekurangan yaitu konsumsi daya yang sangat besar sebagai akibat langsung dari konstruksinya.
2.2.2Cos φ Type Besi Putar Cos phi meter ini dapat dilihat seperti pada gambar di bawah ini:
Gambar 2.3 Prinsip Cos Phi Meter Besi Putar Cara kerja alat di atas adalah fluk bolak balik yang di hasilkan kumparan berinteraksi dengan fluk-fluk yang dihasilkan oleh kumparan arus yang menyebabkan sistem membentuk posisi yang ditentukan oleh sudut faktor daya beban. Meskipun demikian alat ukur dikalibrasi untuk membaca faktor daya cos φ secara langsung bukan besarnya φ. Cos phi meter dengan asas besi putar memiliki kelebihan kuat dalam konstruksinya, memiliki skala sampai 360 derajat dan semua kumparan merupakan kumparan tetap sehingga tidak ada hubungan listrik pada bagian yang tidak berputar. Tetapi kekurangan pada cos phi dengan prinsip ini yaitu, adanya arus edy dan pada inti besi kerugian tersebut berubah akibat berubahnya beban dan frekuensi.
2.2.3Cos φ Meter Dengan Azas Kumparan Silang Cos phi meter ini dapat dilihat seperti pada gambar di bawahini :
Gambar 2.4 Prinsip Cos Phi Meter Kumparan Silang
Cara kerja alat diatas adalah dua buah kumparan yang terpasang sikusiku terhadap satu sama lain. Pada kumparan ini terpasang sebuah poros yang tidak dipegang oleh pegas atau jenis kekuatan lain. Oleh karena itu kumparan silang ini dapat berputar secara bebas sejauh 360°. Pada cos phi meter jenis ini tidak dihasilkan medan putar pada kumparan, sehingga tidak ada kecenderungan pada system yang berputar untuk terus – menerus berputar pada satu arah saja.
2.2.4Cos φ Meter Analog
Gambar 2.5 Cos Phi Meter Analog Cosphi meter circuit atau yang biasa disebut cosphi meter analog merupakan alat ukur yang sampai saat ini masih digunakan. Bagiannya banyak komponen listrik dan mekanik yang saling berhubungan. Bagian listrik yang penting adalah, magnet permanen, tahanan meter, dan kumparan putar. Bagian mekanik meliputi jarum penunjuk, skala dan sekrup pengatur jarum penunjuk.
Gambar 2.6 Komponen Alat Ukur Listrik Analog
Gambar 2.7 Dudukan Poros Jarum Penunjuk Mekanik pengatur jarum penunjuk merupakan dudukan poros kumparan putar yang diatur kekencangannya. Jika terlalu kencang jarum akan terhambat, jika terlalu kendor jarum akan mudah goncang. Pengaturan jarum penunjuk pada cos phi meter untuk memposisikan jarum pada skala satu meter. Alat ukur analog memiliki komponen putar yang akan bereaksi begitu mendapat sinyal listrik. Cara bereaksi jarum penunjuk pada cos phi meter bergerak ke angka penunjukan perlahan-lahan tanpa ada penyimpangan. Untuk itu digunakan peredam mekanik berupa pegas yang terpasang pada poros jarum atau bilah sebagai penahan gerakan jarum berupa bilah dalam ruang udara. Pada meter dengan kelas industri baik dari jenis kumparan putar maupun jenis besi putar seperti meter yang dipasang pada panel meter banyak dipakai peredam jenis pegas. Alat ukur analog dengan biaya yang murah, tidak mudah dimakan usia, dan hasil yang didapatkan dapat diuji ketepatannya. Namun alat ukur analog tidak efisien, karena diperlukan pembacaan yang tepat dan presisi, juga membuat lambat pengoperasiannya.
2.2.5Cos φ Meter Digital
Gambar 2.8 Cos Phi Meter Digital Alat ukur digital saat sekarang banyak dipakai dengan berbagai kelebihannya, murah, mudah dioperaikan, dan praktis. Cos phi meter digital
mampu menampilkan langsung angka hasil pengukuran. Pada dasarnya data /informasi yang akan diukur bersifat analog. Blok diagram alat ukur digital terdiri komponen sensor, penguat sinyal analog, analog to digital converter, mikroprosesor, alat cetak, dan display digital. Sensor mengubah besaran listrik dan non elektrik menjadi tegangan, karena tegangan masih dalam orde mV perlu diperkuat oleh penguat input. Sinyal input analog yang sudah diperkuat dari sinyal analog diubah menjadi sinyal digital dengan (ADC) analog to digital akan diolah oleh perangkat PC atau mikroprosessor dengan program tertentu dan hasil pengolahan disimpan dalam sistem memori digital. Informasi digital ditampilkan dalam display atau dihubungkan dicetak dengan mesin cetak. Display digital akan menampilkan angka diskrit dari 0 sampai angka 9 yaitu 7segmen. Sinyal digital terdiri atas 0 dan 1, ketika sinyal 0 tidak bertegangan atau OFF, ketika sinyal 1 bertegangan atau ON. Beberapa keunggulan dari sistem digital adalah : 1. Teknologi digital menawarkan keandalan (reability) lebih baik, pemakain ruang yang lebih kecil dan konsumsi daya yang lebih rendah. 2. Teknologi digital lebih bergantung pada noise. 3. Teknologi digital memungkinkan pengenalan layanan-layanan baru. 4. Teknologi digital menawarkan fleksibilitas. Beberapa kelemahan dari sistem digital adalah: 1. Alat ukur tidak tahan lama. 2. Biaya mahal. 3. Memerlukan sinkronisasi (kalibrasi) setiap pemakaian.
2.3
Bagian-Bagian Cos Phi Meter
Gambar 2.9 Bagian – bagian Cos Phi Meter Circuit
Keterangan: a. Papan Skala Digunakan untuk membaca hasil pengukuran yakni area untuk membaca hasil pengukuran cos φ. b. Jarum Penunjuk (Knife – Edge Pointer) Digunakan untuk menunjukan hasil pengukuran cos φ. c. Sekrup Pengatur Posisi Jarum (Preset) Digunakan untuk mengkalibrasi atau mengatur posisi jarum pada angka satu sebelum pengukuran cos φ. 2.4
Cara Kerja Penggunaan Cos Phi Meter 2.4.1Cara Penyambungan Cos Phi Meter Cara penyambungan adalah tidak berbeda dengan watt meter sebagaimana gambar dibawah ini :
Gambar 2.10 Cara Penyambungan Cos Phi Meter
Gambar 2.11 Bagan Penyambungan Cos Phi Meter dengan Sumber 3 Phasa
2.4.2Teknik Pengukuran Dengan Cos Phi Meter Pembacaan harga pada alat ukur cosphimeter secara cermat harus dilakukandengan melihat tepat diatas jarum penunjuk. Dengan demikian dibaca harga pada garis skala yang tertulis tepat dibawah runcing jarum. Bila tidak melihat tepat diatas penunjuk akan terbaca harga sebelah kiri atau disebelah kanan dari garis sebenarnya, kesalahan ini disebut paralaks. Untuk menghindari paralaks tersebut runcing jarum dari alat dibuat berupa sayap tipis dan dipasang cermin kecil dibawah runcing jarum skala. Dalam posisi baca yang benar, maka jarum runcing dan bayangannya pada cermin harus tepat satu garis tipis. Cara merubah batas ukur pada alat ukur cosphimeter dilakukan dengan menambah atau mengurangi tahanan sebelum besaran listrik masuk ke komponen utama alat ukur dengan perbandingan nilai tertentu terhadap nilai tahanan alat ukur, sehingga besaran sebenarnya yang masuk pada komponen utama alat ukurtetap pada batas semula. Pengukuran Cos phi berdasarkan pada dasar-dasar gerakan listrik dapat dianggap sebagai pengukuran kumparan silang. Kumparan di dalamnya terdiri dari kumparan arus dan kumparan tegangan, prinsipnya seperti watt meter. Dalam proses pengukuran Cos φ , prinsip pengukuran bukanlah dituntut hasil yang persis. Menurut petunjuk-petunjuk dari pembuat atau yang memproduksi alat ukur, kesalahan yang diizinkan adalah dua derajat, sudut skala penunjukan.
Gambar 2.12 Kopel yang Ditimbulkan Cos Phi Meter Pada kumparan S1 bekerja gaya: K1= C1.I1.I3.Cosφ Q = C2.VI. Cos φ Pada kumparan S2 bekerja gaya: K2= C3. I2.I3. Cos (90–φ) = C4.V.I sin α Kopel yang ditimbulkan oleh k1: M1= C5.V.I. cos φ.sin α Kopel yang ditimbulkan oleh k2: M2= C6.V.I.sin φ.cos α Atau tg α = C. tg φ Akibatnya bahwa dengan jarum yang dihubungkan dengan kumparan – kumparan yang dapat bergerak dan yang sikapnya selalu sesuai dengan kumparan S2, memberi penunjukan yang langsung berbanding lurus dengan f. Jika 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 f berarti di sebelah kiri dari garis tengah yang tegak.
Gambar 2.13 Pengukuran Cos φ Meter dengan kumparan tegang yang tetap dan inti besi
Gambar 2.14 Diagram Vektor
Gambar 2.15 Diagram Vektor Arus dan Tegangan pada Cos φ Meter
Gambar 2.16 Konstruksi Cos φ Meter
Gambar 2.17 Sambungan Cos φ Meter 3 Phasa Dengan kumparan-kumparan yang dapat bergerak dan yang sikapnya selalu sesuai dengan kumparan S2, memberi penunjukan yang langsung berbanding lurus dengan phi. Kopel ditimbulkan oleh gaya I2 dari I3 karena itu kedua gaya kopel bekerja bersama-sama, dimana kumparan S2 dengan jarumnya berhenti dimuka sudut negatif f berarti di sebelah kiri dari garis tengah yang tegak. Alat ukur faktor daya dengan daun terpolarisasi (polarized vane powerfaktor meter ) Instrumen ini terutama digunakan dalam sistem daya tiga fasa sebab prinsip kerjanya bergantung pada pemakaian tegangan tiga fasa.
Gambar 2.18 Alat Ukur Factor Daya Tipe Daun Terpolarisasi Kumparan luar adalah kumparan potensial yang dihubungkan ke antaran-antaran sistem tiga fasa. Penyambungan tegangan tiga fasa ke kumparan potensial menyebabkan bertindak seperti stator motor induksi tiga fasa sewaktu membangkitkan fluksi magnit berputar. Kumparan ditengah atau kumparan arus dihubungkan seri dengan salah satu antaran fasa, dan ini mempolariser daun-daun besi.
BAB III PENUTUP 3.1
Kesimpulan 1. Cos Phi Meter adalah alat ukur yang mempunyai fungsi untuk mengukur besarnya faktor kerja (power factor) yang merupakan beda fase antara tegangan dan arus. 2. Cos Phi Meter mempunyai tiga jenis asas atau prinsip kerja yaitu asas elektroninamik, asas besi putar, dan asas kumparan silang. 3. Bagian – bagian Cos Phi Meter yaitu papan skala, jarum penunjuk, dan sekrup pengatur jarum. 4. Pengukuran menggunakan cos phi meter prinsipnya sama dengan pemasangan alat ukur watt meter yaitu dengan memasang seri rangkaian arus dan memasang parallel rangkaian tegangan. 5. Kelebihan Cos Phi meter analog yaitu biaya yang murah, tidak mudah dimakan usia, dan hasil yang didapatkan dapat diuji ketepatannya. Dan kekurangan Cos phi meter analog yaitu tidak efisien, karena diperlukan pembacaan yang tepat dan presisi, juga membuat lambat pengoperasian. Kelebihan Cos Phi meter digital yaitu, keandalan lebih baik, pemakaian daya yang rendah dan fleksibel. Kelemahan Cos phi meter digital yaitu biaya yang mahal, alat ukur tidak tahan lama, dan memerlukan kalibrasi di setiap pemakaian.
3.2
Saran Cos Phi Meter merupakan alat ukur listrik yang biasanya dipasang pada panel dengan pemakaian daya besar, oleh karena itu kami sarankan agar pemeriksaan dan kalibrasi alat ukur seperti cos phi meter ini dilakukan dengan rutin, agar hasil pengukuran lebih akurat. Berikut ini adalah video yang menunjukkan cara penggunaan cos phi meter : 1. 2. 3. 4.
https://www.youtube.com/watch?v=rD0EEGD2Sg8 https://www.youtube.com/watch?v=l48PpRjlwfQ https://www.youtube.com/watch?v=bKQZhm4u8BQ https://www.youtube.com/watch?v=BetsPDFyETA
