ALAT UKUR BESARAN LISTRIK

Jenis dan Prinsip Kerjanya

Alat ukur besaran listrik :

• Galvanometer

• Ampermeter arus searah

• Voltmeter arus searah

• ohmmeter

Galvanometer

• Prinsip kerja PMMC (Permanent magnet moving coil mechanism)

T = B x A x I x NT = TorsiB = Kerapatan FluksA = Luas efektif kumparanI = Arus yang mengalirN = jumlah lilitan kumparan

Galvanometer suspensi

• Galvanometer sistem lama

Model sekarang

• Mengikuti gerakan d’Arsonval

Sifat Galvanometer

• Gerakan kumparan putar dikenali dari 3 kuantitas :

– Kelembaman

– Torsi lawan

– Konstanta redaman

Redaman

Redaman mekanis Perputaran putaran terhadap udara sekelilingnyaCt : gesekan gerakan dengan bantalan, bekok pada pegas,

karat,suhu sekitar

Redaman elektromeagnetig Disebabkan oleh efek induksi

Sensitivitas Galvanometer

Sensitivitas Arus Perbandingan penyimpangan terhadap arus yang

mengalir ke kumparan Si = d / I (mm/µA) Si = Sensitivitas Arus

d = DefleksiI = Arus yang mengalir

Sensitivitas Tegangan Perbandingan penyimpangan terhadap tegangan yang

menghasilkannya

Sv = d / V Sv = Sensitivitas Tegangan

d = DefleksiV = Tegangan

• Sensitivitas Mega-Ohm– Tahanan (MΩ ) yang dihubingkan secara seri dengan

galvanometer agar menghasilkan defleksi sebesar satu bagian skala bila tegangan yang dimasukkan adalah 1 V

SR = d / I

• Sensitivitas balistik– Defleksi maksimal galvanometer terhadap jumlah muatan listrik (Q)

SQ = dm / Q (mm/ µC) Q = Kuantitas listrik

Ampermeter Arus Searah

• Rangkuman Tunggal (shunt resistor)

• Amper meter Rangkum Ganda

• Shunt Ayrton

Penggunaan amperemeter searah

• Dipasang secara seri

• Jangan menghubungkan ampermeter dengansumber tegangan

• Penghubungan polaritas harus tepat

• Gunakan skala yang paling besar/ tinggikemudian baru diturunkan skalanya

Voltmeter Arus Searah

Voltemeter rangkum ganda

Sensitivitas voltmeter

Loading effect

• Tegangan yang lebih rendah dari sebenarnya akibat dari nilai tahanan dalam yang dipararel dengan tegangan yang diukur

Perlakuan Voltmeter

• Hubung pararel

• Polaritas yang sesuai

• Gunakan selalu rangkuman yang lebih tinggi lebih dahulu

• Perhatikan efek pembebanan

Ohm meter

• Metoda Voltmeter – Ampermeter

• Ohmeter seri

• Ohmeter paralel

Metoda Voltmeter - Ampermeter

• Hubungkan Voltmeter terhadap Rx pada posisi1 dan amati pembacaan ampermeter

• Pindahkan saklar ke posisi 2 jika pembacaanamper meter tidak berubah kembali ke posisi1 dan baca voltmeter. Hitung nilai Rx denganpersamaan (untuk tahanan rendah)

• Pindahkan saklar ke posisi 2 dan bacavoltmeter, hitung nilai Rx dengan persamaan(untuk tahanan tinggi)

Ohmter tipe seri

Ohmmeter tipe Shunt

Multimeter

Multimeter Analog

• Yang digunakan di Laboratorium :

Multimeter Digital

• Yang digunakan di laboratorium :

SELESAI

PRINSIP KERJA ALAT UKUR

PRINSIP KERJA

kWh dan kVArh meter : sistem induksi

kW / kVA max meter : sistem elektrodinamis

Volt meter : sistem elektro magnit, kumparan

putar, besi putar

Amper meter : sistem elektro magnit, kumparan

putar

Alat ukur besi putar

Alat ukur dengan prinsip kerja besi putar atau sistem elektro magnet adalah sesuatu alat ukur yg mempunyai kumparan tetap dan besi yang berputar.

Bila didalam kumparan terdapat besi, maka besi tsb akan menjadi magnet. Jika di dalam kumparan tsb diletakkan dua batang besi maka kedua2nya akan menjadi magnet shg kedua batang besi tsb akan saling tolak menolak, karena ujung2 kedua batang besi tersebut mempunyai kutup yang senama.

Prinsip kerja tersebut diterapkan pada sistem elektro magnit dengan mengganti besi tersebut dgn 2 buah plat besi, satu dipasang tetap (diam) sedang yg lain bergerak dan dihubungkan dengan jarum petunjuk.

Arus yang diukur dialirkan pada kumparan tetap dan akan menyebabkan terjadinya medan magnet.

Potongan besi ditempatkan di medan magnet, dan menerima gaya elektromagnetis.

Alat ukur tipe besi putar ini sederhana, murah, kuat dlm konstruksi, dan penggunaannya sangat luas sebagai alat pengukur arus dan tegangan pd frekwensi jaringan distribusi.

Keuntungan alat pengukur ini dapat dibuat sebagai alat pengukur yang mempunyai sudut sangat besar.

Dua batang

besi yang

berdampingan

kumparan

α

Arah arus

α

+ –

Arah arus

α

– +

Alat ukur kumparan putar

Alat ukur sistem kumparan putar mempunyai kutub magnet

permanent dan kumparan yang berputar mengelilingi sumbunya.

Kumparan putar ditempatkan di dalam lapang magnetis antara

lapisan kutub besi magnet.

Arus yang dialirkan melalui kumparan shg menyebabkan

kumparan tersebut berputar. Alat ukur kumparan putar dapat

dipakai untuk bermacam arus, tidak hanya untuk DC, akan tetapi

dengan alat pertolongan lainnya, dapat pula dipakai untuk AC.

S U

+

–

b

S

U

S U

Gulungan

+

–

a

Magnit

Tetap

S

U

Alat Ukur Kumparan Putar

Pemakaian alat ukur kumparan putar sangat luas,

seperti di laboratorium dan pada pusat pembangkit

tenaga listrik.

Pada gambar berikut diperlihatkan adanya magnet

permanen (1), yang mempunyai kutub-kutub (2),

dan diantara kutub2 utara dan selatan tersebut

ditempatkan suatu silinder inti besi (3).

Pada celah udara antara kutub magnet dan silinder

inti besi akan terbentuk medan magnet yang rata,

yang masuk melalui kutub-kutub ke dalam silinder,

secara radial sesuai dengan arah-arah panah. Di

dalam celah udara ditempatkan kumparan putar (4),

yang dapat berputar melalui sumbu (8).

Bila arus searah yang tidak diketahui besarnya mengalir melalui

kumparan tsb, suatu gaya elektromagnetis f yang mempunyai

arah tertentu akan dikenakan pada kumparan putar sebagai hasil

interaksi antar arus dan medan magnit.

Gambar Prinsip kerja alat ukur jenis kumparan putar

Arah dari gaya f dapat ditentukan menurut ketentuan

tangan dari fleming (lihat gambar)

Gambar Kaidah Tangan Kiri (Fleming)

1. Magnet tetap 5. Pegas spiral 2. Kutub sepatu 6. Jarum penunjuk 3. Inti besi lunak 7. Rangka kumparan putar 4. Kumparan putar 8. Tiang poros

Konstruksi Kumparan Putar

Alat Ukur Sistem Induksi

Bila suatu piringan yg terbuat dari bahan penghantar non feromagnetik seperti alumunium atau tembaga ditempatkan dalam medan magnet arus bolak balik, maka akan dibangkitkan arus pusar pd piringan tsb.

Arus pusar dan medan magnet dari arus bolak balik akan menimbulkan interaksi dan menghasilkan torsi gerak pada piringan.

Bila didalam medan magnet dgn garis gaya magnet arah yang berputar, dipasang sebuah tromol yg ber bentuk silinder, tromol tersebut akan turut berputar menurut arah putaran garis-garis gaya magnet tadi, ini dinamakan alat ukur medan putar atau alat ukur induksi, bisa juga disebut alat ukur Ferraris

Prinsip sistem Ferraris digunakan pada alat ukur energi (kWh meter) arus bolak balik.

Gambar diatas menunjukan arah Ф1dan Ф2 dalam ruangan A, B, C, D. Kedua medan itu dilukiskan sebagai vektor Ф1 dan Ф2 pada suatu periode penuh. Medan magnet total mempunyai arah yang berputar pada poros (a) dengan kecepatan sama dengan arus bolak balik. Dinding tromol aluminium terpotong oleh garis gaya dari medan putar shg dlm tromol terbangkit tegangan dan arus induksi atau arus pusar.

Gambar Azas Alat Ferraris atau Alat Induksi

Menurut hukum LENZ aliran induksi dengan arah sedemikian rupa, sehingga selalu melawan penyebabnya. Karena induksi itu dibangkitkan oleh pemotong garis2 gaya yang berputar, maka tromol aluminium akan berputar dengan arah yang sama dengan arah putaran garis2 gaya tsb.

Pada alat ukur jarum putaran tromol, gerakan jarum ditahan oleh pegas spiral pada sumbunya, sehingga putarannya pada jarak tertentu sesuai dengan batas garis skalanya.

Oleh karena sistem induksi ini bekerja dengan medan putar yang dibangkitkan oleh arus bolak-balik, maka jika tanpa alat bantu atau alat tambahan lainnya alat ukur ini hanya dapat dipergunakan pada sumber arus bolak-balik saja.

Alat ukur sistem elektro dinamis

Alat ukur elektro dinamis adalah alat ukur yang mempunyai kumparan

tetap dan kumparan putar.

Sistem kerjanya sama dengan sistem kumparan putar tetapi magnet

tetap diganti dgn magnet listrik.

Berdasarkan kaidah tangan kanan pada gambar–a jarum akan

menyimpang kekanan, bila arus dibalik arahnya pada gambar–b maka

jarum akan tetap menyimpang kekanan. Jadi walaupun arah arusnya

berganti, arah jarum tetap menyimpang ke satu arah.

Alat ukur tipe elektrodinamis, dapat diperguna kan untuk AC atau DC, dgn

persisi yang baik, dan banyak digunakan sebagai Wattmeter.

F = Arah dari gaya I = Arah dari arus H = Arah dari Fluksi magnet

Gambar Prinsip suatu alat ukur elektrodinamis

Prinsip kawat panas

Jika sepotong kawat logam dialiri arus listrik yang cukup besar, kawat tersebut akan menjadi panas dan akan memuai (menjadi lebih panjang). Pemuaian tersebut digunakan untuk mengerakkan jarum petunjuk.

Sepotong kawat logam campuran dari logam platina dan iridium direntangkan pada A-B. Pada waktu I = 0 jarum petunjuk tepat ditengah2 (angka 0).

Jika alirkan arus searah, kawat A – B menjadi memuai dan jarum tidak menunjuk 0, tetapi menyimpang kearah kanan. Hal ini disebabkan karena kawat A – B menjadi lebih panjang dan ditarik oleh pegas sehingga memutar poros jarum.

Baik arus searah tersebut mengalir dari A – B maupun dari B ke A jarum tetap menyimpang kearah kanan, ini berarti prinsip ini dapat dipakai untuk arus searah dan bolak-balik.

Prinsip kawat panas dapat dipakai untuk arus searah dan atau bolak-balik.

Gambar - kawat panas

Keterangan : A & B = baut terminal m = kawat penarik

C = tempat pengikat n = tali penarik

D = ikatan tali x = kawat panas

P = pegas a = poros penggulung

Alat ukur sistem elektronik

Pada umumnya alat ukur elektronik adalah digital, karena penunjukannya berupa nilai angka, maka penggunaan dalam pembacaan sangat sederhana, mudah dicerna.

Keuntungan alat ukur elektronik :

Portable

Kecermatan tinggi mencapai factor kesalahan 0,1 – 0,5 %

Kedudukan atau posisi alat ukur tidak mempengaruhi penunjukan.

Kelemahannya.

Dapat dipengaruhi oleh temperature ruangan yang tinggi

Tidak boleh ditempatkan pada ruangan yang lembab / basah

Harga relative mahal

ALAT UKUR DENGAN MENGGUNAKAN TRAFO-UKUR

Alat ukur mempunyai keterbatasan untuk mengukur satuan listrik dengan besaran yang lebih besar, karena semakin tinggi besaran yang diukur secara langsung diperlukan peralatan dengan ukuran fisik yang lebih besar.

Hal ini tentu tidak dimungkinkan, maka penggunaan alat bantu berupa trafo-ukur sangat diperlukan. Dengan demikian cara pembacaannya menjadi tidak langsung, karena harus dikalikan dengan perbandingan penurunan besaran listrik yang diakibatkan oleh trafo-ukur tsb.

Ada 2 ( dua ) macam trafo ukur yang digunakan untuk pengukuran, yaitu trafo arus dan trafo tegangan .

Trafo arus digunakan untuk menurunkan arus dengan perbandingan transformasi tertentu dan sekaligus mengisolasi peralatan ukur dari tegangan sistem yang diukur

Trafo tegangan digunakan untuk menurunkan tegangan sistem dengan perbandingan transformasi tertentu.

Trafo arus

220 V.Ip ~ = Max 400 A

a. Ns : Np = Ip : Is => Ns : Np = a (perbandingan teoritis)

b. Ns . Is = Np . Ip => Ip : Is = a (perbandingan praktis)

a = Ip : Is = 400 : 5 = 80

Karena Np = 1, maka : Ns = a . Np = 80.

Jadi Ip = Is . a = 5 x 80 = 400 A

BEBAN

A

BE

BA

N

K L

S2

S1

IS = Max 5 A

CT

Pelaksanaan pengukuran arus bolak balik tinggi

A

Primer

Sekunder

PT

I pimer : I sekunder = I primer : I sekunder

Beban

Karena arus I sekunder cukup besar , maka

hubungan belitan sekunder dengan beban

(amperemeter) tidak boleh diputus / dilepas ,

kalau putus maka transformator akan rusak

maka kita gunakan transformator arus (CT)

Trafo tegangan220 V.Ip ~ = Max 100 A

a = Ns / Np = Ip / Is

a = 100 : 5 = 20

atau Np . Ip = Ns . Is

karena Np = 1

maka Ip = Ns . Is

Ns = 100 / 20 = 20

a = Ratio perbandingan

= Ampere meter

A

BEBAN

A

K L

S2

S1

IS = Max 5 A

CT

Trafo tegangan

Pelaksanaan pengukuran tegangan pada jaringan tegangan

tinggi tidak cukup hanya mempergunakan tahanan2 depan

yang nilainya besar , tetapi dilaksanakan dgn transformator

tegangan ( PT ) dgn tujuan bahwa memakai pesawat ukur

dengan batas normal dapat diukur batas normal dan ukuran

yang lebih tinggi, sehingga diperoleh rangkaian pengukuran

yang lebih aman

V

Primer

Gunanya dihubungkan ketanah yaitu untuk

menghilangkan arus bocor dari kumparan

primerSekunder

PT

E pimer : E sekunder = N primer : N

sekunder

SELESAI