PENGUKURAN COS PHI METER

MAKALAH

Makalah Ini Dibuat Untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Pengukuran Besaran Listrik

Disusun Oleh :

Alvryt Ervyan (1323110529)

Saftian Davi (1323110542)

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS TRIDINANTI PALEMBANG

2014

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala limpahan Rahmat, Inayah, Taufik dan Hinayahnya sehingga kami dapat menyelesaikan penyusunan makalah ini dalam bentuk maupun isinya yang sangat sederhana. Semoga makalah ini dapat dipergunakan sebagai salah satu acuan, petunjuk maupun pedoman bagi pembaca dalam administrasi pendidikan dalam profesi keguruan.

Harapan kami semoga makalah ini membantu menambah pengetahuan dan pengalaman bagi para pembaca, sehingga kami dapat memperbaiki bentuk maupun isi makalah ini sehingga kedepannya dapat lebih baik.

Makalah ini kami akui masih banyak kekurangan karena pengalaman yang kami miliki sangat kurang. Oleh kerena itu kami harapkan kepada para pembaca untuk memberikan masukan-masukan yang bersifat membangun untuk kesempurnaan makalah ini.

Palembang, 28 Desember 2014

Penyusun

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 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, gimana 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 makalah 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.

1.2 Maksud dan Tujuan

Maksud dan tujuan dari pembuatan makalah ini adalah bahwa penulis selain untuk memenuhi tugas salah satu mata kuliah dari pengukuran besaran listrik, penulis juga berharap pembaca dapat menambah ilmu pengetahuan tentang cos phi meter ini yang mana sangat berguna di kehidupan sehari-hari dalam pengukuran besaran listrik.

II. POKOK PERMASALAH

Untuk membatasi pembahasan yang akan dibahasa dalam makalah ini kami akan membahas beberapa point-point penting yang akan dibahas diantaranya;

Dasar Teori Daya

Definisi Cos Phi Meter

Jenis-Jenis Cos Phi Meter

Teknik Pengukuran Cos Phi Meter

Prinsip Kerja Cos Phi meter

Perbaikan Faktor Daya atau Cos dan Perhitungan Kompensasi Daya Reaktif

III. PEMBAHASAN

III.1. Dasar Teori

Pada pembahasan kali ini, asumsi yang digunakan adalah sistem listrik menggunakan sumber tegangan berbentuk sinusoidal murni dan beban linier. Beban linier adalah beban yang menghasilkan bentuk arus sama dengan bentuk tegangan. Pada kasus sumber tegangan berbentuk sinusoidal murni, beban linier mengakibatkan arus yang mengalir pada jaringan juga berbentuk sinusoidal murni. Beban linier dapat diklasifikasikan menjadi 4 macam,beban resistif, dicirikan dengan arus yang sefasa dengan tegangan;beban induktif, dicirikan dengan arus yang tertinggal terhadap tegangan sebesar;beban kapasitif, dicirikan dengan arus yang mendahului terhadap tegangan sebesar, dan beban yang merupakankombinasidari tiga jenis tersebut, dicirikan dengan arus yang tertinggal/mendahului tegangan sebesar sudut, katakan,. Gambar dibawah menunjukkan tegangan dan arus pada berbagai beban linier.

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 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 Gambar berikut :

Gambar 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 . Oleh karena hal ini, istilah faktor daya (PF) juga sering dikenal dengan sebutan nilai cos .

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 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 pemakaian kVARH

III.2. Definisi Cos Phi Meter

Dalam pengertian seharihari disebut pengukur Cosinus phi ( ). Tujuan pengukuran Cos 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. Untuk menghitung Cos dengan menggunakan rumus:

Keterangan:

P = daya dalam satuan watt

V = tegangan dalam satuan volt

I = arus listrik dalam satuan ampere

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 sebagaimana gambar dibawah ini :

Gambar pemasangan cara pengukuran 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.

III.3. Jenis-Jenis Cosphimeter

Jenis-jenis cosphimeter yaitu :

Cosphimeter Circutor

Cosphimeter ini dapat dilihat seperti pada gambar di bawah ini :

Gambar Cos Phi meter Circutor

Cosphimeter Perinsip Elektro Dinamis

Cosphimeter ini dapat dilihat seperti pada gambar di bawah ini :

Gambar Cosphimeter Perinsip Elektro Dinamis

Cosphimeter dengan Azas Kumparan Silang

Cosphimeter ini dapat dilihat seperti pada gambar di bawah ini :

Gambar Cosphimeter dengan Azas Kuparan Silang

Cos Phi meter dengan azas besi putar

Gambar Cosphimeter dengan Azas Besi Putar

III.4. Teknik Pengukuran Cos Phi Meter

Berikut ini adalah gambar wiring cara pengukuran Cos Phi dimana kami menggunakan motor sebagai bebannya.

Gambar Pengukuran Cos Phi Meter

Dimana P1 dan P2 adalah coil untuk mengukur beda potensial atau tegangan pada beban sedangkan C1 dan C2 adalah coil untuk mengukur besaran arus yang mengalir pada beban sehingga pemasangan kabelnya harus di seri. Setelah beban dinyalakan, Cos Phi Meter akan menunjukkan angkanya apakah tegangannya akan lagging atau leading itu semua tergantung pembacaan Cos Phi meter yang akan membandingkan antara tegangan dan arus yang terukur.

Gambar Panel depan 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.

III.5. 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.

Gambar Kopel yang Ditimbulkan Alat Ukur Cosphimeter

Pada kumparan S1 bekerja suatu gaya,

K1= C1.I1.I3.Cos

Q = C2.VI. Cos

Gaya pada kumparan S2 besarnya:

K2 = C3 . I2 I3. Cos (90 ) = C4.V.I sin

Kopel yang ditimbulkan oleh k1 adalah;

M1 = C5.V.I. cos sin

Kopel k2 adalah;

M2=C6.V.I.sin .cos

Atau

tg = C. tg

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 bersamasama, dimana kumparan S2 dengan jarumnya berhenti di muka sudut negatif f berarti di sebelah kiri dari garis tengah yang tegak.

Gambar Pengukuran Cos dengan Kumparan Tegang yang Tetap dan Inti Besi

Gambar Diagram Vektor Ambar

Gambar Prinsip Cosphimeter dan Gambar Cosphimeter dengan Azas Kumparan Silang Elektrodinamis

Gambar Vektor Diagram Arus dan Tegangan pada Cosphimeter Dan Gambar Sambungan Cosphimeter 1Phasa

Gambar Konstruksi Cosphimeter dengan Garis- Garis Dan Gambar Sambungan Cosphimeter 3 Phasa

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 di muka sudut negatif f berarti di sebelah kiri dari garis tengah yang tegak. Alat ukur faktor daya dengan daun terpolarisasi (polarized vane power-faktor

meter) Instrumen ini terutamadigunakan dalam sistem daya tiga fasa sebab prinsip kerjanya bergantung pada pemakaian tegangan tiga fasa.

Gambar Alat ukur faktor daya tipe daun terpolarisasi

Kumparan luar adalah kumparan potensial yang dihubungkan ke antaranantaran sistem tiga fasa. Penyambungan tegangan tiga fasa ke kumparan potensial menyebabkan bertindak sepertistator 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.

III.6. Perbaikan Faktor Daya atau Cos dan Perhitungan Kompensasi Daya Reaktif

Salah satu cara untuk memperbaiki faktor daya adalah dengan memasang kompensasi kapasitif menggunakan kapasitor. Pada konsumen level industri istilah ini lebih dikenal dengan sebutan pemasangan power factor correction (PFC). Kapasitor adalah komponen listrik yang menghasilkan daya reaktif pada jaringan dimana dia tersambung. Pemasangan PFC disini sama artinya dengan pemasangan PF controller dan capacitor bank (kumpulan dari kapasitor-kapasitor yang dipasang secara paralel).

III.6.1. PF controller

Fungsi PF controller adalah untuk mengatur switching step-step capacitor bank sesuai dengan nilai kompensasi daya reaktifnya (Qc) yang diperlukan untuk mencapai target faktor daya (PF) idealnya atau yang telah ditentukan. PF controller bekerja berdasarkan sensing parameter yang disebut C/k faktor yang diperoleh dari input tegangan dan arus. Ada 2 cara untuk mensetting faktor C/k, yaitu secara automatic dan manual. Cara automatic mensetting C/k dapat dilakukan dengan cara mengaktifkan mode automatic pada perhitungan C/k pada PF controller. Cara setting ini akan tergantung pada 4 parameter, yaitu :

Nilai tegangan kerja kapasitor Un

Skala arus (rasio CT yang dipakai)

Konfigurasi jaringan, 3 phasa atau 1 phasa

Rating kapasitor step pertama

PF controller secara otomatis akan mengeset nilai C/k apabila ada perubahan pada 4 parameter diatas. Untuk cara manual dapat dilakukan dengan mengacu pada perhitungan berikut :

dimana,

Q = reactive 3-phase power of one step (kVAR)

U = system voltage (V)

k = CT ratio

III.6.2. Capasitor Bank

Capacitor bank adalah kumpulan kapasitor yang digunakan untuk memberikan kompensasi reactive power (Qc). Kebutuhan kompensasi reactive power (Qc) yang dibutuhkan untuk mencapai power factor (p.f) dapat dihitung berdasarkan formula :

dimana :

Qc = kompensasi reactive power yang dibutuhkan (kVAR)

P = active power (kW)

cos 1 = power factor (p.f) lama

cos 2 = power factor (p.f) baru atau target

Perhitungan ini juga dapat digambarkan pula dalam segitiga daya pada Gambar.

Gambar Segitiga Daya Kompensasi KVAR

III.6.3. Proses Kerja Kapasitor

Kapasitor yang akan digunakan untuk meperbesar power faktor dipasang paralel dengan rangkaian beban. Bila rangkaian itu diberi tegangan maka elektron akan mengalir masuk ke kapasitor. Pada saat kapasitor penuh dengan muatan elektron maka tegangan akan berubah. Kemudian elektron akan ke luar dari kapasitor dan mengalir ke dalam rangkaian yang memerlukannya dengan demikian pada saaat itu kapasitor membangkitkan daya reaktif. Bila tegangan yang berubah itu kembali normal (tetap) maka kapasitor akan menyimpan kembali elektron. Pada saat kapasitor mengeluarkan elektron (Ic) berarti sama juga kapasitor menyuplai daya treaktif ke beban. Keran beban bersifat induktif (+) sedangkan daya reaktif bersifat kapasitor (-) akibatnya daya reaktif yang berlaku menjadi kecil.

III.6.4. Pemasangan Kapasitor

Kapasitor yang akan digunakan untuk memperkecil atau memperbaiki PF penempatannya ada dua cara :

1. Terpusat kapasitor ditempatkan pada:

Sisi primer atau sekunder transformator

Pada bus pusat pengontrol

2. Cara terbatas kapasitor ditempatkan

Feeder kecil

Pada rangkaian cabang

Langsung pada beban

III.6.5. Perawatan Capasitor Bank

Kapasitor yang digunakan untuk memperbaiki PF supaya tahan lama tentunya harus dirawat secara teratur. Dalam perawatan itu perhatian harus dilakukan pada tempat yang lembab yang tidak terlindungi dari debu dan kotoran. Sebelum melakukan pemeriksaan pastikan bahwa kapasitor tidak terhubung lagi dengan sumber. Kemudian karena kapasitor ini masih mengandung muatan berarti masih ada arus/tegangan listrik maka kapasitor itu harus dihubung singkatkan supaya muatannya hilang. Adapun jenis pemeriksaan yang harus dilakukan meliputi :

Pemeriksaan kebocoran

Pemeriksaan kabel dan penyangga

Pemeriksaan isolator

IV. KESIMPULAN

Setelah membuat makalah ini dan banyak membaca melalui materi materi dari berbagai sumber yang kami peroleh dari media online dapat kami simpulkan bahwa Cos Phi meter adalah alat yang digunakan untuk mengetahui perbandingan antara arus dan tegangan. Dimana arus tersebut atau tegangan tersebut dapat saling mendahului dengan sudut kemiringan 90 derajat tergantung dari beban yang di gunakan dalam satu Loop. Beban linier dapat diklasifikasikan menjadi 4 macam,beban resistif, dicirikan dengan arus yang sefasa dengan tegangan. Beban induktif, dicirikan dengan arus yang tertinggal terhadap tegangan sebesar. Beban kapasitif, dicirikan dengan arus yang mendahului terhadap tegangan sebesar, dan beban yang merupakankombinasidari tiga jenis tersebut, dicirikan dengan arus yang tertinggal/mendahului tegangan sebesar sudut, katakan,. Sehingga dapat di artikan Cos phi pada suatu alat hanya ada 0 1. Cos yang paling mendekati 1 adalah Cos Phi yang paling baik.

Untuk memperbaiki faktor daya yang rendah adalah dengan memasang kompensasi kapasitif menggunakan kapasitor. Pada konsumen level industri istilah ini lebih dikenal dengan sebutan pemasangan power factor correction (PFC). Kapasitor adalah komponen listrik yang menghasilkan daya reaktif pada jaringan dimana dia tersambung. Pemasangan PFC disini sama artinya dengan pemasangan PF controller dan capacitor bank (kumpulan dari kapasitor-kapasitor yang dipasang secara paralel).

Kumpulan kapasitor yang digunakan untuk memberikan kompensasi reactive power (Qc). Kebutuhan kompensasi reactive power (Qc) yang dibutuhkan untuk mencapai power factor dapat dihitung dengan menggunakan rumus yang telah dibahas diatas tadi. Kapasitor adalah komponen listrik yang justru menghasilkan daya reaktif pada jaringan dimana dia tersambung. Pada jaringan yang bersifat induktif dengan segitiga daya seperti ditunjukkan pada Gambar 3, apabila kapasitor dipasang maka daya reaktif yang harus disediakan oleh sumber akan berkurang sebesar(yang merupakan daya reaktif berasal dari kapasitor). Karena daya aktif tidak berubah sedangkan daya reaktif berkurang, maka dari sudut pandang sumber, segitiga daya yang baru diperoleh; ditunjukkan pada Gambar dibawah garis oranye. Terlihat bahwa sudutmengecil akibat pemasangan kapasitor tersebut sehingga faktor daya jaringan akan naik.

Gambar Segitiga Daya

V. DAFTAR PUSTAKA

1. Saiful Adib, Evaluasi Kelayakan Capacitor Bank

2. Mahmud Hasan, Cos Phi Meter. (http://www.scribd.com/doc/32931995/Cos-Phi-Meter#scribd)

3. Arwindra Rizqiawan, Memahami Faktor Daya (http://konversi.wordpress.com/2010/05/05/memahami-faktor-daya/)

4. Ponsa Lim, Cara Pengunaan Cos Phi Meter (http://konversi.wordpress.com/2010/05/05/memahami-faktor-daya/)

5. Teknik Ketenagalistrikan, Faktor Daya (Cos Phi). (http://teknik-ketenagalistrikan.blogspot.sg/2013/05/faktor-daya-cos-phi.html#.RwncBa7DKg)

6. Hanif Guntoro, Perbaikan Power Faktor Menggunakan Kapasitor. (http://dunia-listrik.blogspot.sg/2008/12/perbaikan-faktor-daya-menggunakan.html)

7. Rusdi Ariawan, Cos Phi Meter. (http://www.scribd.com/doc/32931995/Cos-Phi-Meter#scribd)

M

AC

C1

C2

P1P2

Cos Phi

Meter

AC

C1

C2

P1

P2

Cos PhiMeter