BAB IV ANALISIS HASIL PENGUKURAN

Transkripsi

1 35 BAB IV ANALISIS HASIL PENGUKURAN Skripsi ini bertujuan untuk elihat perbedaan hasil pengukuran yang didapat dengan enjulahkan hasil pengukuran enggunakan kwh-eter satu fasa pada jalur fasa-fasa dengan penggunaan kwh-eter pada fasa-netral dengan hasil pengukuran yang didapat dari pengukuran energi terpakai enggunakan kwheter tiga fasa. Nilai keduanya epunyai selisih yang dikaitkan dengan ketidakseibangan beban yang dicatu pada siste tiga fasa. Nilai ketidakseibangan dihitung dengan ebandingkan selisih terbesar dari daya beban antara dua jalur. Jadi, ketidakseibangan ditentukan berdasarkan selisih beban antar fasa yang terbesar. Nilai ketidakseibangan berkisar dari angka 0% sapai 100%. Ketidakseibangan sebesar 0% jika seluruh beban saa nilainya, sedangkan ketidakseibangan 100% jika ada salah satu atau dua fasa yang tidak berbeban dan fasa yang lain eiliki suatu nilai. Secara garis besar,pengabilan data dibagi enjadi : 1) Pebebanan linier seibang Pebebanan Linier Seibang Pebebanan Linier tidak seibang 2) Pebebanan Haronik Pebebanan Non Linier seibang Pebebanan Non Linier tidak seibang

2 36 Berikut adalah data %error (perbedaan) pengukuran pada kwheter 3 fasa dengan penjulahan kwheter 1 fasa akibat peasangan trafo : No Beban (VA) W1 (KW) W2 (KW) ΣKWH 1φ (kwh) KWH 3φ (kwh) Beda akibat trafo (P1- P2) %error ,9216 0,8473 1,847 1,73 0,0743 9, ,7390 0,6795 1,455 1,38 0,0595 8, ,5630 0,5203 1,094 1,05 0,0427 7, ,3876 0,3540 0,740 0,71 0,0336 8, ,2010 0,1860 0,374 0,36 0,0150 7, ,0267 0, , Catatan : W1 = besar nilai daya terukur antara trafo dengan kwheter 3 fasa pada jalur a W2 = besar nilai daya terukur antara trafo dengan kwh eter 1 fasa pada jalur a Tabel di atas enunjukkan %error (perbedaan) akibat peasangan trafo.data besar nilai kwheter 1 fasa dan 3 fasa diabil dari tabel pebebanan linier seibang. Contoh perhitungan untuk endapatkan %error adalah sebagai berikut: Data no 1. %error = (1, ,0743) 1,73 100% = 9,92% (1, ,073) Atau dapat juga dikatakan = ( KWH _1 fasa + Daya _ ditarik _ oleh _ trafo ) Nilai _ terukur _ pada _ kwh _3_ fasa 100% ( KWH _1 fasa + Daya _ ditarik _ oleh_ trafo)

3 37 Dari grafik di atas dapat kita lihat bahwa error akibat peasangan trafo pada kisaran nilai beban total (julah total beban ke 2 jalur) 400 VA hingga 2000 VA kurang lebih dapat dikatakan saa, yakni berkisar antara 7,57% - 9,9%. Naun nilai error yang ekstre sebesar 100% dapat kita lihat pada data ke-1 yakni dengan pebebanan sebesar 0 KVA.Hal ini karena trafo dianggap sebagai error, sehingga ketika kondisi tidak berbeban, hanya terdapat nilai beban akibat trafo sehingga %error sebesar 100%.

4 38 Berikut adalah prinsip kerja kwh eter analog: Gabar 4.2 Konstruksi KWh eter analog tipe induksi Gabar 4.3 Ilustrasi besaran-besaran pada KWh eter Tegangan beban, v = V.sinωt Arus beban, i = I.sin( ωt ϕ)

5 39 Diana ϕ adalah sudut fasa antara v dan i, V dan I adalah nilai aksiu dari tegangan dan arus. Kuparan tegangan L adalah reaktansi urni ( X kuparan tegangan adalah L R ), sehingga arus dari i P V =.sin 90 X L ( ωt ) Dan arus dari kuparan arus diasusikan tetap i = I.sin( ωt ϕ ) C Kedua arus ini enghasilkan fluks agnetis sebagai berikut : P P P P P P ( ω ) φ = B. A = K. i = K. V.sin t 90 φ = B. A = K. i = K. I sin( ωt ϕ) C C C C C P µ.. na Diana K adalah konstanta fluks dari KWh eter, K =, kecuali untuk l fluks tegangan yang dipengaruhi oleh reaktasni kepingan X L, dan indeks P dan C enandakkan suber dari fluks, yaitu P untuk tegangan dan C untuk arus. Sehingga dapat dikatakan V Φ P dan I Φ C, dengan fasa P φ ketinggalan ( 90 ϕ) dari φ C Fluks agnetis bolak-balik ini enghasilkan tegangan induksi pada piringan yang bergantung dari lilitan kuparan N arus dan tegangan, yaitu : dφ P ' ε P = N P. = N P. K P. V. ω.cos( ωt 90 ) = K P. ωv.sinωt dt dφc εc = NC. = NC. KC. I. ω.cos ωt ϕ = KC. ω. I.sin ωt ϕ 90 dt ' ( ) ( )

6 40 Dapat dikatakan, ε ωv dan ε ωi P C Pada akhirnya, tegangan induksi ini enghasilkan arus-arus putar pada piringan, sesuai dengan persaaan berikut : ' ωv '' iep = K p..sin ( ωt β ) = K p. ω. V.sin ( ωt β ) Z ' ωi '' iec = KC..sin (( ωt ϕ 90 ) β) = KC. ω. I.sin (( ωt ϕ 90) β) Z Diana Z adalah ipedansi piringan (yang erupakan konstanta KWh eter) dan β adalah sudut ipedansi piringan Diagra vektor dari penjelasan diatas adalah sebagai berikut Diagra vektor besaran-besaran pada KWh eter Tapak bahwa ϕ = 90 α Sesuai dengan huku Lorentz, aka interaksi antara arus-arus putar dengan fluks-fluks agnetis akan enghasilkan suatu torsi ekanis berikut, φ nld...cosδ τ = F. d = ( nbil....cos δ ). d = n.. il..cos δ. d =. φ. i A A

7 41 Karena n, l, d, cos δ adalah konstanta yang tergantung dari KWh eter, aka, T φ. i Untuk torsi akibat interaksi antara arus putar dari arus beban ( i ec ) dengan fluks agnetis dari tegangan beban ( φ P ) disebut τ 1, dan torsi akibat interaksi antara arus putar dari tagangan beban ( i ep ) dengan fluksi agnetis dari arus beban ( φ C ) disebut τ 2. { (( ) )} ( ) { } τ1 iec. φp ω. I.sin ωt ϕ 90 β. V.sin ωt 90 { ( )} ( ) { } τ 2 iep. φc ω. V.sin ωt β. I.sin ω t ϕ Dengan bantuan persaaan ateatis sinusoidal, aka dihasilkan : 1 τ 1 ω. V. I cos ϕ + β + cos 2ω ϕ β 2 { ( ) ( t )} 1 τ 2 ω. V. I cos ϕ + β cos 2ω ϕ β 2 { ( ) ( t )} Jadi kepingan loga akan endapatkan suatu gaya, yang berbanding lurus terhadap iecφ P, dan akan epunyai tendensi berputar pada subunya. Akan tetapi seperti telah sering dijelaskan sapai saat ini, bila frekuensi kerjanya adalah diatas beberapa hertz (Hz), aka pengaruh dari unsur kedua dala kurung diatas, dapat diabaikan, dan kepingan dapat dianggap berputar sebanding dengan unsur pertaa saja. Deikian pula aka kepingan loga akan berputar dibawah pengaruh dari i ep dan φ C didala arah yang berlawanan dengan keadaan sebelunya. Jadi pada akhirnya kepingan loga akan eneria suatu oen yang berbanding lurus terhadap perbedaan dari pada kedua oen yang berlawanan ini, dan dengan oen perbedaan inilah aka kepingan akan berputar pada subunya.

8 42 Moen tersebut diberikan dengan persaaan dibawah ini τ τ τ D τ D ωv.. I. cos ϕ + β cos ϕ + β 2 1 τ D ωv.. I { 2.cos β.cosϕ} 2 τ ω. VI..cos β.cosϕ D {( ( )) ( ( ))} Diana cos β adalah konstanta yang ditentukan oleh ipedansi dari piringan etal terhadap arus-arus putar i ec dan i ep, dan pula oleh konstruksi dari pada alat ukur. Dan apabila konstanta-konstanta disatukan, aka τ D = K. ω. V. I.cosϕ Misalkan karena torsi ini, piringan aluiniu berputar dengan kecepatan putaran N. Sabil berputar ini, piringan akan eotong garis-garis fluks agnetis dari agnet peranen φ, hal ini akan enghasilkan arus-arus putar yang baru pada piringan yang sesuai dengan : φ ε = B.. ln =.. ln A i ε Z = = l Z. N. φ Sehingga i N. φ Arus-arus putar ini akan berinteraksi dengan fluks agnetis yang dihasilkan agnet peranen, akibatnya piringan yang berputar endapat torsi redaan τ N. φ. φ N. φ τ = K. N. φ 2 enjadi 2 d d Apabila torsi-torsi τ D dan τ berada dala keadaan setibang, aka d τ = K. N. φ 2 d

9 43 dan τ D = K. ω. V. I.cosϕ Sehingga, N = K K. φ 2. ω. V. I.cos ϕ...(4.1) Sesuai dengan persaaan diatas aka torsi ekanik yang dihasilkan alat ukur tipe induksi berbanding lurus terhadap hasil kali tegangan beban dan arus beban serta faktor daya dari siste. Naun, persaaan yang didapatkan (persaaan 4.1) adalah nilai persaaan ketika kwheter bekerja dan tersabung dala keadaan noral, yaitu terhubung secara fasa-netral. Sedangkan pada rangkaian percobaan di atas (pada jalur a), keluaran fasa R dan fasa S terhubung dengan asukan trafo sehingga, akan terjadi rangkaian tertutup yang akibatnya suplai arus dari fasa R akan eleahkan arus dari fasa S begitu juga sebaliknya. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gabar di bawah ini : Dari gabar dapat kita lihat bahwa loop 1 adalah loop yang diakibatkan fasa S dan loop 2 diakibatkan fasa R. Maka dari gabar dapat dilihat bahwa antara loop 1 yang diakibiatkan oleh nilai Ir bersifat eleahkan terhadap loop 2 yang terjadi oleh karena Is begitupun sebaliknya. Maka, apabila digabarkan rangkaian ganti kwheter enurut konstruksinya secara sederhana adalah sebagai berikut :

10 44 Pada kuparan arus fasa R, oleh karena terkena pengaruh akibat fasa S yang eiliki nilai saa besar dengannya aka terjadi hubungan yang saling enghilangkan. Begitu juga sebaliknya yang terjadi pada kuparan arus pada fasa S yang terpengaruh oleh fasa R. Hal tersebut epengaruhi putaran piringan kwheter. 1.Pebebanan Linier a) Pebebanan Linier Seibang Pengujian dengan beban linier yang diatur seibang dilakukan sebanyak 5 kali variasi data selaa asing-asing selaa 1 ja. Pengujian dilakukan secara berurutan dengan rentang waktu antara pengabilan data asing-asing selaa kurang lebih 5-15 enit. Dari besar nilai tegangan dan arus pada jalur a (fasanetral) dapat dilihat bahwa penguji engukur paraeter untuk jalur a pada titik antara keluaran kwh eter 3 fasa dengan asukan transforator. Dengan erujuk dari tabel 3.1, aka didapat :

11 45 Tabel 4.1 selisih nilai daya antara instan jalur a dengan jalur b No. Beban a (VA) Beban b (VA) ( P P) a (Watt) , , ,5 b Tabel 4.1 enunjukkan selisih nilai daya (instan) terukur pada alat ukur. Dari tabel tersebut,dapat dilihat bahwa dengan adanya peasangan transforator pada pebebanan seibang pada tiap-tiap jalur enibulkan perbedaan pengukuran nilai daya instan pada tiap jalurnya-nya. Perbedaan nilai tersebut enyebabkan rugi-rugi yang bertabah besar seiring dengan waktu. Rugi-rugi daya yang bertabah besar seiring laanya penggunaan transforator antara lain disebabkan tidak adanya siste pendingin (cooling syste) yang terintegrasi pada transforator yang digunakan. Rugi-rugi daya tersebut terindikasi elalui naiknya teperatur pada trafo. Penabahan teperatur disebabkan karena pengabilan data dilakukan secara langsung dengan rentang waktu sekitar 5-15 enit sehingga tidak eungkinkan bagi transforator untuk kebali ke posisi awalnya dikarenakan selain tiadanya siste pendingin yang terintegasi juga oleh karena isolasi pada trafo yang enyulitkan perpindahan kalor. Hal ini dapat dikopensasi dengan penggunaan siste pendingin (cooling syste) pada trafo. Kelainan terlihat pada data ke-3 yang enunjukkan selisih nilai daya instan pada jalur a (fasa-netral) dan jalur b (fasa-fasa) sebesar 7 Watt. Dengan peakaian transforator selaa 3 ja (peakaian trafo untuk data 1 dan data 2) selisih nilai daya instan pada jalur a dan jalur b seharusnya akan terjadi peningkatan teperatur pada transforator yang diikuti seakin besar pula daya yang terdisipasi. Maka, data ke-3 dianggap kurang baik yang terjadi keungkinan oleh kesalahan pebacaan.

12 46 W( watthour) = PT. Dengan : P = daya hilang akibat panas (Watt),dan T = Waktu (ja atau hour) Persaaan di atas enunjukkan besarnya energi yang hilang yang dapat dihitung elalui perkalian antara besarnya daya hilang dengan laa penggunaan transforator Tabel 4.2 perhitungan error pada pebebanan liner seibang No. Load(VA) Σ W1φ (kwh) W 3φ (kwh) % Perbedaan ,847 1,73 6,3% ,455 1,38 5,1% ,094 1,05 4,0% ,740 0,71 4,0% ,374 0,36 3,7% Grafik 4.1 perbandingan pengukuran kwh-eter 1 dan 3 fasa untuk beban linier seibang

13 47 Grafik hasil pengukuran di atas enunjukkan bahwa pada tingkat nilai pebebanan rendah, hasil pengukuran dengan enggunakan kwh-eter tiga fasa lebih rendah dibanding hasil pengukuran langsung enggunakan kwh-eter tiga fasa. Naun, perbedaan nilai keduanya tidak terlalu signifikan.hal ini dapat diihat dari garis yang hapir bertipangan. Sedangkan pada pebebanan tinggi, hasil pengukuran langsung hasil pengukuran dengan enggunakan kwh-eter tiga fasa tetap lebih rendah dibanding hasil pengukuran langsung enggunakan kwheter tiga fasa. Naun perbedaan nilai keduanya seakin terlihat jelas berbeda. Hal ini enunjukkan pada nilai pebebanan yang besar dan waktu pengukuran yang laa, aka perbedaan pengukuran antara enggunakan kwh eter 1 fasa dengan kwheter 3 fasa akan berbeda dikarenakan pengukuran yang lebih akurat. b. Pebebanan Linier Tidak Seibang Pengujian dengan beban linier yang diatur tidak seibang dilakukan sebanyak 5 kali variasi data selaa asing-asing selaa 1 ja. Pengujian dilakukan secara berurutan dengan rentang waktu antara pengabilan data asing-asing selaa kurang lebih 5-15 enit. Dari besar nilai tegangan dan arus pada jalur a dapat dilihat bahwa penguji engukur paraeter untuk jalur a pada titik antara keluaran kwh eter 3 fasa dengan asukan transforator. Tabel 4.3 perbandingan pengukuran kwh-eter 1 dan 3 fasa untuk beban linier tidak seibang No % ketidakseibangan kwh1 φ kwh3φ , ,655 1, ,143 1, ,251 1, ,064 0, ,899 0,81

14 48 Grafik 4.2 perbandingan pengukuran kwh-eter 1 dan 3 fasa untuk beban linier tidak seibang Grafik hasil pengukuran di atas enunjukkan bahwa pada tingkat ketidakseibangan rendah, hasil pengukuran dengan enggunakan kwh-eter tiga fasa lebih rendah dibanding hasil pengukuran enggunakan penjulahan kwh-eter satu fasa. Kesaaan hasil pengukuran dengan enggunakan kwheter satu fasa dan kwh-eter tiga fasa terjadi pada kisaran persentase ketidakseibangan 40%. Selain berpengaruh terhadap perbedaan hasil pengukuran dengan enggunakan kwh-eter satu fasa dan kwh-eter tiga fasa, ketidakseibangan beban linier juga secara teori juga berpengaruh terhadap peanasan transforator karena eningkatnya arus netral. Selain itu karena rentang waktu pengabilan data yang cukup sepit antara antara data satu dengan data yang lainnya ebuat transforator belu kebali ke keadaan noralnya. 2. Pebebanan Non Linier Pada siste tenaga listrik dikenal dua jenis beban yaitu beban linier dan beban non linier. Pada beban linier, arus yang engalir berbanding lurus dengan

15 49 perubahan tegangan. Sebaliknya, pada beban non-linier, arus tidak berbanding lurus dengan tegangan. Jenis beban ini akan enghasilkan gangguan/distorsi gelobang arus yang tidak sinusoidal. Menurut pebagian jenis beban di atas, beban haronik dapat dikatakan sebagai beban non linier. Gabar 4.1 Karakteristik gelobang arus pada beban non linie Sesuai dengan dasar teori yang telah dipaparkan terlebih dahulu, penggunaan beban non linier pada siste enibulkan pengaruh yang cukup besar pada pengukuran energi terpakai dengan enggunakan kwh eter analog etode induksi. Siste yang diberi pebebanan haronik, eiliki beberapa nilai frekuensi yang erupakan perkalian antara nilai frekuensi dasarnya (fundaental) dengan bilangan bulat (1,2,3,4,...). Sehingga Pada dasarnya pengukuran energi terpakai enggunakan kwh eter analog tidaklah dapat dikatakan akurat, oleh karena hal yang telah disebutkan di atas. Siste yang diberi pebebanan haronik, eberikan arus balik (distorsi) yang erupakan akar dari julah kuadrat nilai-nilai arus pada asingasing frekuensi kelipatan dari frekuensi dasarnya seperti tertulis pada persaaan 2.20 : h RMS = M = M 1+ THD h> h 1

16 50 Dengan adanya arus balik ini,pengukuran energi terpakai dengan etode induksi enjadi tidak akurat akibat adanya arus balik yang berlawanan arah dengan arus fundaental yang cenderung eperkecil nilai arus fundaental tersebut. Sehingga antara energi terpakai dengan energi terukur pada kwh eter tipe induksi berbeda. Sehingga dari persaaan 4.1, didapat : K N =. ω. V. ( I ) ( ).cos 2 fundaental I haronik ϕ K. φ...(4.2) Nilai penjulahan akar dari julah kuadrat nilai-nilai arus pada asingasing frekuensi kelipatan dari frekuensi dasarnya biasa disebut THD (Total Haronik Distortion)

17 51

18 52 Dari tabel 4.4 di atas dapat dengan jelas kita lihat bahwa %THD (Total Haronik Distortion) berpengaruh pada pengukuran enggunakan kwh eter analog elalui adanya daya yang tidak terukur (daya rugi)akibat adanya nilai arus balik yang elawan arah arus frekuensi dasar(fundaental). Dengan adanya nilai arus balik tersebut, besar daya yang terukur pada kwh eter adalah hasil kali perkalian antara tegangan terukur yang dikalikan dengan selisih nilai arus fundaental dengan besar nilai arus haronik. Sehingga dapat dikatakan seakin besar nilai %THD suatu beban aka akan seakin besar pula selisih antara pengukuran besar energi yang disuplai siste dengan energi yang tercatat pada alat ukur energi (kwh eter analog) dekat beban. Dari tabel 4.4, dapat terlihat bahwa dengan peasangan trafo pada jalur a, terlihat %THD yang berbeda antara jalur a dengan jalur b untuk pebebanan yang seibang.%thd pada jalur yang enggunakan trafo cenderung lebih kecil jika dibandingkan dengan jalur tanpa enggunakan trafo. Pada data 1 dan 2 selisih %THD antara jalur a dengan jalur b berkisar antara 3%-4%. Maka, dapat dikatakan bahwa dengan adanya peasangan trafo pada jalur a dapat ereda distorsi haronik akibat peasangan beban non linier walau untuk besar redaan yang relatif kecil. Selisih nilai %THD cukup besar tapak pada data ke 4 yaitu sebesar 24,6%. Hal ini dikarenakan besar nilai pebebanan yang relatif kecil.naun, pada data ke 3 napak sedikit perbedaan, yakni %THD pada jalur b lebih besar dibandingkan dengan jalur a dengan selisih sebesar 2,05%. Hal ini ungkin antara lain disebabkan oleh kondisi pebebanan yang sulit untuk dijaga secara konstan (pebebanan dengan koputer yang bekerja labil). Universitas Indonesia

19 53

20 54 Dari tabel di atas di atas dapat kita lihat bahwa pada percobaan ketidakseibangan beban enurut besar %THD.Variasi data yang dilakukan dengan cara ebebankan jalur a dengan jalur b sebesar 1 KVA,naun dibuat berbeda besarnya nilai %THD. Pengujian dilakukan dengan engatur beban non linier yang epunyai %THD berbeda yang dilakukan secara bervariasi. Pengujian dilakukan secara berurutan dengan rentang waktu antara pengabilan data asing-asing selaa kurang lebih 5-15 enit.dari besar nilai tegangan dan arus pada jalur a dapat dilihat bahwa penguji engukur paraeter untuk jalur a pada titik antara keluaran kwh eter 3 fasa dengan asukan transforator. Dari tabel tapak bahwa hasil yang didapat tidak terlalu banyak berbeda antar data. Hal tersebut dikarenakan seua julah nilai pada setiap variasi beban saa. Hal tersebut diperkuat dengan kecilnya %THD antar variasi data yang enyebabkan perbedaan data tapak kurang terlihat. Hal ini terjadi karena dipakainya Pendingin ruangan(ac) sebagai beban oleh karena rating yang diiliki cukup besar untuk endapatkan variasi data sebesar 1KVA. Perbedaan yang sedikit encolok tapak pada data percobaan ke 2 dan ke 3 di ana pada data tersebut terdapat nilai %THD yang cukup besar pada variasi pebebanan non linier tidak seibang ini yaitu sebesar 14,40% dan 14,7 pada jalur b(fasa-netral).