Teori Dasar

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 kebentuk 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 daya reaktif (Q) yang dirumuskan :

Hubungan ketiga daya itu dapat juga digambarkan dalam bentuk segitiga daya seperti pada Gambarberikut :

Segitiga Daya

Perbandingan antara daya aktif (P) dan daya nyata (S) inilah dikenal dengan istilah faktor daya atau power factor (PF). Apabila dilihat pada segitiga daya diatas, 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.

Seperti yang dijelaskan sebelumnya, beban yang sering digunakan pada konsumen level industri kebanyakan bersifat induktif. Peningkatan beban yang bersifat induktif ini pada sistem tenaga listrik dapat menurunkan nilai faktor daya (PF) dalam proses pengiriman daya. Penurunan faktor daya (PF) ini dapat menimbulkan berbagai kerugian, yang antara lain:

1. Memperbesar kebutuhan kVA 2. Penurunan Efisiensi penyaluran daya 3. Memperbesar rugi-rugi panas kawat dan peralatan 4. Mutu listrik menjadi rendah karena adanya drop tegangan

Untuk alasan kerugian akibat penurunan faktor daya (PF) inilah, penyedia layanan listrik, PLN, menetapkan denda VAR, dalam usaha untuk menghimbau konsumennya agar ikut berkontribusi menjaga faktor daya pada kondisi idealnya. Dengan cara seperti ini, para konsumen level industri akan berusaha untuk mendapatkan faktor daya yang baik agar tidak sia-sia bayar mahal kepada penyedia layanan listrik. Denda atau biaya kelebihan penggunaan daya reaktif ini dikenakan apabila jumlah pemakaian faktor daya atau cos φ rata-rata tercatat lebih rendah daripada 0.85. Perhitungan kelebihan pemakaian kVARH dalam rupiah dapat dilakukan dengan menggunakan rumus sbb : [ B - 0,62 ( A1 + A2 ) ] Hk dimana : B = pemakaian k VARH A1= pemakaian kWH WPB A2 = pemakaian kWH LWBP Hk = harga kelebihan

Cosphimeter

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 dantegangan. Kita menghendaki bukan penunjukan sudut phasa melainkan penunjukan cosinus phi. Untuk menghitung Cos φ dengan menggunakan rumus:

PV . I

=cosφ

Keterangan:P = daya dalam satuan wattV = tegangan dalam satuan volt

I = arus listrik dalam satuan amper

Definisi Cosphimeter

Cosphimeter 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 (f ). Tujuan pengukuran Cos f atau pengukur nilai cosinus sudut phasa. Cara penyambungan adalah tidak berbeda dengan watt meter sebagaiman gambar dibawah ini :

Gambar 1. Cos Phi Meter

Cosphimeter banyak digunakan dan terpasang pada : Panel pengukuran mesin pembangkit Panel gardu hubung gardu induk Alat pengujian, alat penerangan, dan lain-lain.

Jenis Cosphimeter

Jenis-jenis cosphimeter yaitu :

Cosphimeter Circutor

Cosphimeter ini dapat dilihat seperti pada gambar di bawah ini :

Gambar 2. Cos Phi Meter Circutor

Cosphimeter Prinsip Elektro Dinamis

Cosphimeter ini dapat dilihat seperti pada gambar di bawah ini :

Gambar 3. Cosphimeter Perinsip Elektro Dinamis

Cara kerja dari alat diatas adalah apabila cos ϕ= 1 akibatnya 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 akibatnya tidak ada torsi pada kumparan penunjuk tetapi torsi yang bekerja pada kumparan penyeimbang akan membuat bidangnya tegak lurus dengan sumbu magnet bersama dari F1 = F2.

Cosphimeter type besi putar

Cosphimeter ini dapat dilihat seperti pada gambar di bawah ini:

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 di tentukan oleh sudut faktor daya beban. Meskipun demikian alat ukur dikalibrasi untuk membaca faktor daya cos ϕ secara lang sung bukan besarnya ϕ.

Cosphimeter dengan Azas Kumparan Silang

Cosphimeter ini dapat dilihat seperti pada gambar di bawah ini :

Gambar 4. Cosphimeter dengan Azas Kuparan SilangCara kerja alat diatas adalah dua buah kumparan yang terpasang siku-siku 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 bapat berputar secara bebas sejauh 360°.

Teknik Pengukuran dengan Cos Phi Meter

Pembacaan harga pada alat ukur cosphimeter secara cermat harus dilakukan dengan 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 cermat 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 ukur tetap pada batas semula.

Prinsip Kerja Cosphimeter

Pengukuran Cos f berdasarkan pada dasar-dasar gerak listrik dapat dianggap sebagai Pengukuran kumparan silang. Kumparan didalamnya terdiri dari kumparan arus dan kumparan tegangan, prinsip seperti pengukur Watt. Dalam proses pengukuran Cos f , 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.

Pada kumparan S1 bekerja suatu gaya,K1= C1.I1.I3.Cos φQ = C2.VI. Cos φ Gaya pada kumparan S2 besarnya:K2 = C3 . I2 I3. Cos (90 – φ ) = C4.V.I sin α

Kopel yang ditimbulkan oleh k1 adalah;M1 = C5.V.I. cos φ sin α

Kopel k2 adalah;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. Kalau 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 5. Kopel yang Ditimbulkan Alat Ukur Cosphimeter

Gambar 6. Pengukuran Cos φ dengan Kumparan Tegang yang Tetap dan Inti Besi

Gambar 7. Diagram Vektor Ambar Gambar 2.7

Dengan kumparan kumparan yang dapat bergerak dan yang sikapnya selalu sesuai dengan kumparan S2, memberi penunjukan yang langsung berbanding lurus dengan f. 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 power-faktormeter) Instrumen ini terutama digunakan dalam sistem daya tiga fasa sebab prinsip kerjanya bergantung pada pemakaian tegangan tiga fasa.

Gambar 14 . Alat ukur faktor 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.

kelebihan dan kekurangan pada masing masing cos φ

a. cos φ elektro dinamis kelebihan : alat ukur tidak dipengaruhi oleh perubahan frekuensi atau bentuk

gelombang Kekurangan : Pada frekuensi lain ( Jika timbul harmonis ) reaktansi L akan berubah

sehingga magnitut dan fasa arus yang melalui C2 akan salah dan menyebabkan error pembacaan yang serius.

b. Cos φ besi Putar Kelebihan : alat ukur inimkuat dan relatif murah, memiliki skala sampai dengan

360 derajat, dan semua kumparan merupakan kumparan tetap sehingga tidak ada hubungan listrik pada bagian yang tidak berputar.

Kekurangan : terdapat error akibat kerugian histerisis dan arus eddy current dan pada bagian inti besi – kerugian tersebut berubah akibat dengan berubahnya beban dan frekuensi.

c. Cos φ azas kumparan silang Kelebihan : pada kumparan ini tidak dihasilkan medan putar, tidak ada

kecenderungan pada sistem yang berputar untuk terus menerus berputar pada satu arah.