BAB I

PENDAHULUAN

III.1 Latar Belakang

Gerak d’Arsonval memberi tanggapan (response) terhadap nilai arus rata-rata

(average) atau searah (DC) melalui kumparan putar. Jika gerakan tersebutmembawa

arus bolak-balik selama siklus positif dan negatif, torsi penggerak akan positif selama

setengah perioda dan negatif (berlawanan arah) selama setengah perioda berikutnya.

Jika frekuensi arus bolak-balik sangat rendah maka jarum akan berayun ke kiri-kanan

sekitar titik nol sepanjang skala. Pada frekuensi-frekuensi yang lebih tinggi, inersia

(kelembaman) kumparan begitu besar sehingga jarum tidak dapat mengikuti

pergantian arah torsi yang cepat sehingga dia berayun-ayun sekitar nol sambil

bergetar ringan.

Untuk mengukur arus bolak-balikdalam gerakan d’Arsonval, beberapa cara

untuk memperoleh torsi satu arah torsi satu arah yang tidak berlawanan setiap

setengah perioda harus direncanakan. Salah satu cara adalah menyerahkan arus bolak-

balik sehingga arus yang diarahkan (diratakan) tersebut menyimpangkan kumparan.

Cara lain adalah dengan memanfaatkan efek pemanasan arus bolak-balikagar

menghasilkan indikasi kebesarannya.

III.2 Tujuan Penulisan

Tujuan dari penulisan makalah ini adalah agar kita memperoleh pengetahuan

tentang instrumen-instrumen penunjuk arus bolak-balik.

~ 1 ~

BAB II

LANDASAN TEORI

III.3 Elektrodinamometer

Salah satu alat ukur arus bolak-balik yang paling penting adalah

elektrodinamometer. Dia sering digunakan sebagai voltmeter dan amperemeter akurat

bukan hanya pada frekuensi jala-jala(power line), tetapi juga dalam daerah frekuensi

audio yang rendah. Dengan sedikit modifikasi, elektrodinamometer dapat digunakan

sebagai pengukur daya (wattmeter), pengukur VAR (VAR meter), pengukur factor-

daya (power-factor meter) atau engukur frekuensi (frequency-meter). Gerak

elektrodinamometer dapat juga berfungsi sebagai instrument alih (transfer-

instrument), sebab dia dapat dikalibrasi pada arus searah dan digunakan langsung

pada arus bolak-balik, menyatakan cara langsung yang pasti untuk menyamakan

pengukuran tegangan dan arus (dc dan ac).

Kalau gerak d’Arsonval menggunakan magnet permanen untuk menghasilkan

medan magnet, elektrodinamometer memanfaatkan arus yang akan diukur guna

menghasilkan fluksi medan yang diperlukan.

Sebuah kumparan yang stationer (diam) dibuat menjadi dua bagian yang sama

membentuk medan magnet di dalam mana kumparan berputar. Kedua kumparan ini

dihubungkan seri ke kumparan yang berputar dan dialiri oleh arus yang diukur.

Kumparan-kumparan yang diam ditempatkan agak berjauhan memberikan

tempat bagi poros kumparan berputar.

Kumparan berputar mengerakkan jarum yang diimbangi oleh beban-beban

lawan. Perputaran jarum dikontrol oleh pegas-pegas pengatur sama halnya seperti

konstruksi d’Arsonval.

~ 2 ~

Keseluruhan peralatan dibungkus oleh penutup yang telah dilaminasi guna

melindungi instrument dari medan magnet tersebar (stray magnetic fields) yang dapat

mempengaruhi operasinya. Redaman dilengkapi dengan baling-baling aluminium

yang bergerak di dalam sector berbenuk rongga-rongga (chamber). Seluruh peralatan

ini dibuat kuat dan kokoh guna mempertahankan kestabilan dimensi-dimensi mekanis

dan mempertahankan kalibrasi yang tetap sempurna.

Bekerjanya elektrodinamometer dapat dipahami dengan meninjau kembali

persamaan torsi yang dibangkitkan oleh sebuah kumparan yang tergantung di dalam

medan magnet

T = B x A x I x N

Jika elektrodinamometer semata-mata direncanakan hanya untuk pemakaian

arus searah, skala kuadratnya mudah diamati; yaitu tanda-tanda skala yang banyak

pada nilai-nilai arus yang sangat rendah, dan menyebar maju pada nilai arus yang

frekuensinya lebih tinggi. Elektodinamometer mempunyai kekurangan-kekurangan

tertentu. Salah satunya adalah konsumsi daya yang besar sebagai akibat langsung dari

konstruksinya.

Arus yang akan diukur tidak hanya harus mengalir melalui kumparan putar ,

tetapi juga harus menghasilkan fluksi medan. Untuk memperoleh suatu medan

magnet yang cukup kuat diperlukan ggm (gaya gerak magnet) yang tinggi dan untuk

itu sumber harus menyalurkan arus dan daya yang tinggi.

Berlawanan dengan konsumsi daya yang besar, medan magnet jauh lebih

lemah daripada yang dihasilkan oleh gerak d’Arsonval yang setara sebab tidak

terdapat besi di dalam rangkaian (seluruh lintasan fluks berisi udara).

~ 3 ~

III.4 Wattmeter

II.2.1 Wattmeter Satu Fasa

Elektrodinamoter dipakai secara luas dalampengukuran daya. Dia dapat

digunakan untuk menunjukkan daya searah (DC) maupun bolak-balik (AC) untuk

setiap bentuk gelombang tegangan dan arus dan tidak terbatas pada gelombang sinus

saja. Elektrodinamometer yang digunakan sebagai voltmeter atau amperemeter terdiri

dari kumparan-kumparan yang diam dan yang berputar dihubungkan seara seri,

karena itu bereaksi terhadap efek kuadrat arus. Bila digunakan sebagai alat ukur daya

satu fasa, kumparan-kumparan dihubungkan dalam cara yang berbeda.

Gambar 1 Diagam sebuah wattmeter elektrodimanometer, dihubungkan untuk mengukur

daya beban satu fasa

Kumparan-kumparan yang diam atau kumparan-kumparan medan

ditunjukkan di sini sebagai dua elemen terpisah yang dihubungkan seara seri dan

membawa arus jala-jala total (ic). Kumparan yang berputar yang ditempatkan di

dalam medan maknit kumparan-kumparan yang diam, dihubungkan seri dengan

tahanan pembatas arus dan membawa arus kecil (ip). arus sesaat di dalam kumparan

yang berputar adalah ip = e/Rp dimana e adalah tegangan sesaat pada jala-jala dan Rp

adalah tahanan total kumpran berputar beserta tahanan serinya. Defleksi kumparan

~ 4 ~

putar sebanding dengan perkalian ic dan ip dan untuk defleksi rata-rata selama satu

periode dapat dituliskan:

θ rata-rata=K1T∫0

T

ic i p dt (1)

Dimana Ѳrata-rata = defleksi sudut rata-rata dari kumparan

K = konstanta instrument

Ic = arus sesaat di dalam kumpara-kumparan medan

Ip = arus sesaat di dalam kumparan potensial

Dengan menganggap sementara ic sama dengan arus beban i (seara actual ic =

ip + i), dan menggunakan nilai ip = e/Rp kita lihat bahwa persamaan (1) berubah

menjadi:

θ rata-rata=K1T∫0

T

ie

Rp

dt=K21T∫0

T

ei dt (2)

Menurut definisi, daya rata-rata di dalam suatu rangkaian adalah

Prata-rata=1T∫0

T

eidt (3)

yang menunjukkan bahwa elektrodinamometer yang dihubungkan dalam

konfigurasi Gambar 1 mempunyai defleksi yang sebanding dengan daya rata-rata.

Jika e dan i adalah besaran sinus dengan bentuk e = Em sin ωt dan i =Im sin (ωt + Ѳ),

persamaan (2) berubah menjadi:

θ rata-rata=K3 EI cosθ (4)

dimana E dan I menyatakan nilai-nilai rms tegangan dan arus dan Ѳ

menyatakan sudut fasa antara tegangan dan arus. Persamaan (2) dan (3) menunjukkan

bahwa elektrodinamometer mengukur daya rata-rata yang disalurkan ke beban.

Wattmeter mempunyai satu terminal tegangan dan satu terminal arus yang ditandai

dengan “+”. Bila terminal arus yang ditandai ini dihubungkan ke jala-jala masuk dan

~ 5 ~

selalu akan membaca naik bila daya yang dihubungkan ke beban. Jika untuk suatu

alasan (seperti dalam metode dua wattmeter untuk mengukur daya tiga fasa) jarum

membaca mundur, sambungan arus (bukan sambungan tegangan) harus

dipertukarkan.

Wattmeter elektrodinamometer membutuhkan sejumlah daya untuk

mempertahankan medan maknitnya, tetapi ini biasanya begitu kecil dibandingkan

terhadap daya beban sehingga dapat diabaikan. Jika diperlukan pembacaan daya yang

tepat, kumparan arus harus persis membawa arus beban, dan kumparan potensial

harus dihubungkan di antara terminal-terminal beban. Dengan menghubungkan

kumparan potensial ke titik A seperti dalam Gambar 1, tegangan beban terukur

dengan tepat tetapi arus melalui kumparan-kumparan medan lebih besar sebanyak Ip.

Berarti wattmeter membaca lebih tinggi sebesar kehilangan daya tambahan di dalam

rangkaian potensial. Tetapi jika kumparan potensial dihubungkan ke titik B dalam

Gambar 1 kumparan medan mencatat lebih tinggi, tetapi dengan kehilangan sebesar

I2R di dalam kumparan-kumparan medan. Cara penyambungan yang tepat bergantung

pada situasi. Umumnya sambungan kumparan potensial pada titik A lebih diinginkan

untuk beban-beban arus tinggi, tegangan rendah; sedang sambungan kumparan

potensial pada titik B lebih diinginkan untuk beban-beban arus rendah, tegangan

tinggi.

Kesulitan dalam menempatkan sambungan kumparan potensial diatasi dalam

wattmeter yang terkompensasi seperti ditunjukkan pada Gambar 2. Kumparan arus

terdiri dari dua kumparan, masing-masing mempunyai jumlah lilitan yang sama.

Salah satu kumparan menggunakan kawat besar yang membawa arus beban ditambah

arus untuk kumparan potensial. Gulungan lain menggunakan kawat kecil (tipis) dan

hanya membawa arus ke kumparan tegangan. Tetapi arus ini berlawanan arah dengan

arus di dalam gulungan besar, menyebabkan fluksi yang berlawanan dengan fluksi

utama. Berarti efek ip dihilangkan dan wattmeter menunjukkan daya yang sesuai.

~ 6 ~

Gambar 2 Diagram wattmeter terkompensasi dalam mana efek arus di dalam kumparan

potensial dihilangkan oleh arus di dalam kumparan kompensasi.

II.2.2 Wattmeter fasa banyak

Pengukuran daya dalam suatu sisten fasa banyak memerlukan pemakaian

dua atau lebih wattmeter. Kemudian daya nyata total diperoleh dengan menjumlahkan

pembacaan masing-masing wattmeter secara aljabar. Teorema Blondel menyatakan

bahwa daya nyata dapat diukur dengan mengurangi satu elemen wattmeter dari

sejumlah kawat-kawat dari setiap system fasa banyak, dengan persyaratan bahwa satu

kawat dapat dibuat “common” terhadap semua rangkaian potensial. Gambar 3 (a)

menunjukkan sambungan dua wattmeter untuk pengukuran konsumsi daya oleh

sebuah beban tiga fasa yang setimbang yang dihubungkan secara delta.

Kumparan arus wattmeter 1 dihubungkan dalam jaringan A dan kumparan

tegangannya dihubungkan antara antaran (jala-jala, line) A dan C. Kumparan arus

wattmeter 2 dihubungkan dalam antaran B dan kumparan tegangannya antara antaran

B dan C. Daya total yang dipakai oleh beban setimbang tiga fasa sama dengan

penjumlahan aljabar dari kedua pembacaan wattmeter.

~ 7 ~

~ 8 ~

Gambar 3 (a) Dua wattmeter dihubungkan untuk mengukur daya total di dalam sebuah

system tiga-fasa tiga-kawat; (b) Diagram fasor tegangan dan arus di dalam system tiga fasa tiga-kawat.

Sudut antara tegangan fasa dan ars fasa dinyatakan oleh Ѳ.

Diagram fasor Gambar 3 (b) menunjukkan tegangan tiga fasa VAC, VCB, dan

VBA dan arus tiga fasa IAC, ICB, dan IBA. Beban yang dihubungkan secara delta dianggap

induktif dan arus fasa ketinggalan dari tegangan fasa sebesar sudut Ѳ. Kumparan arus

wattmeter 1 membawa arus antara IA’A, yang merupakan penjumlahan vector dari

arus-arus fasa IAC dan IAB. Kumparan potensial wattmeter 1 dihubungkan ke

tegangan antaran VAC. Dengan cara sama kumparan arus wattmeter 2 membawa arus

antaran IB’B yang merupakan penjumlahan vector dari arus-arus fasa IBA dan IBC;

sedang tegangan pada kumparan potensialnya adalah tegangan antaran VBC. Karena

beban adalah setimbang, tegangan-tegangan fasa dan arus-arus fasa sama besarnya

dan dituliskan

VAC = VBC = V dan IAC = ICB = IBA = I

Daya, dinyatakan oleh arus dan tegangan masing-masing wattmeter adalah:

W1 = VACIA’A cos (300 - Ѳ) = VI cos (300 – Ѳ) (5)

W2 = VBCIB’B cos (300 + Ѳ) = VI cos (300 + Ѳ) (6)

W1 + W2 = VI cos (300 - Ѳ) = VI cos (300 + Ѳ)

= (cos 300 cos Ѳ + sin 300 sin Ѳ + cos 300 cos Ѳ - sin 300 sin Ѳ) VI

= √3 VI cos Ѳ (7)

Persamaan (7) merupakan pernyataan daya total dalam sebuah rangkaian tiga

fasa, dank arena itu kedua wattmeter pada Gambar 3 (a) secara tepat mengukur daya

total tersebut. Dapat ditunjukkan bahwa penjumlahan aljabar dari pembacaan kedua

wattmeter akan memberikan nilai daya yang benar untuk setiap kondisi yang tidak

setimbang baik faktor daya maupun bentuk gelombang.

~ 9 ~

Jika kawat netral dari sistem tiga fasa juga tersedia seperti halnya pada beban

yang tersambung dalam hubungan bintang 4 kawat sesuai dengan teorema Blondel

yaitu diperlukan tiga wattmeter untuk melakukan pengukuran daya nyata total.

III.5 Alat Ukur Wattjam

Alat ukur wattjam (watthourmeter) tidak sering digunakan di laboratorium

tetapi banyak digunakan untuk pengukuran energi listrik komersil. Kenyataannya

adalah bahwa di semua tempat di manapun perusahaan listrik menyalurkan energi

listrik ke industri dan pemakai setempat (domestik). Gambar 1 menunjukkan elemen

alat ukur wattjam satu fasa dalam bentuk skema.

Kumparan arus dihubungkan seri dengan antaran dan kumparan tegangan

dihubungkan paralel. Kedua kumparan yang dililitkan pada sebuah kerangka logam

dengan desain khusus melengkapi dua rangkaian maknit. Sebuah piringan aluminium

ringan digantung di dalam senjang udara medan kumparan arus yang menyebabkan

arus pusar mengalir di dalam piringan. Reaksi arus pusar dan medan kumparan

tegangan membangkitkan sebuah torsi (aksi motor) terhadap piringan dan

menyebabkannya berputar.

Gambar 1 Elemen alat ukur wattjam satu fasa

~ 10 ~

Torsi yang dibangkitkan sebanding dengan kuat medan kumparan tegangan

dan arus pusar di dalam piringan yang berturut-turut adalah fungsi kuat medan

kumparan arus. Berarti jumlah putaran piringan sebanding dengan energi yang telah

dipakai oleh beban dalam selang waktu tertentu dan diukur dalam kilowatt-jam (kWh,

kilowatt-hour). Poros yang menopang piringan aluminium dihubungkan melalui

susunan roda gigi ke mekanisme jam dipanel alat ukur, melengkapi suatu pembacaan

kWh yang terkalibrasi dalam desimal.

Redaman piringan diberikan oleh dua maknit permanen kecil yang

ditempatkan saling berhadapan pada sisi piringan. Bila piringan berputar, maknit-

maknit permanen mengindusir arus pusat di dalamnya. Arus-arus pusar ini bereaksi

dengan medan maknit dari maknit-maknit permanen kecil dan meredam gerakan

piringan.

Kalibrasi alat ukur watt-jam dilakukan pada kondisi beban penuh yang

diijinkan dan pada kondisi 10% dari beban yang diijinkan. Pada beban penuh,

kalibrasi terdiri dari pengaturan posisi maknit-maknit permanen kecil agar alat ukur

membaca dengan tepat. Pada beban-beban yang sangat ringan, komponen tegangan

dari medan menghasilkan suatu torsi yang tidak berbanding langsung dengan beban.

Kompensasi kesalahan diperoleh dengan menyisipkan sebuah kumparan pelindung

atau pelat di atas sebagian kumparan tegangan dengan membuat alat ukur bekerja

pada 10% beban yang diijinkan. Kalibrasi alat ukur pada kesua posisi ini biasanya

menghasilkan pembacaan yang memuaskan untuk semua beban-beban lainnya.

Alat ukur watt-jam tipe poros terapung (floating shaft) menggunakan sebuah

desain yang unik untuk menggantungkan piringan. Poros berputar mempunyai sebuah

maknit keil pada masing-masing ujung. Maknit poros bagian atas ditarik ke sebuah

maknit dalam bantalan atas sedangkan maknit bawah ditarik ke sebuah maknit dalam

bantalan bawah. Berarti gerakan pelampung tidak akan menyentuh kedua permukaan

bantalan dan satu-satunya kontak terhadap gerakan adalah melalui roda gigi yang

menghubungkan poros ke kelengkapan roda gigi.

~ 11 ~

Pengukuran energi dalam sistem tiga fasa dilakukan oleh alat ukur watt-jam

fasa banyak. Kumparan arus dan kumparan teganan dihubungkan dengan cara yang

sama seperti wattmeter tiga fasa. Masing-masing fasa alat ukur watt-jam mempunyai

rangkaian maknetik dan piringan tersendiri tetapi semua piringan dijumlahkan secara

mekanis dan putaran total permenit dari poros sebanding dengan energi total tiga fasa

yang dipakai.

III.6 Alat Ukur Frekuensi

Frekuensi dapat ditentukan dengan berbagai cara, tetapi sementara kita

membicarakan instrumen-instrumen penunjuk yang dalam kategori ini adalah alat-

alat ukur frekuensi yang memanfaatkan efek frekuensi terhadap faktor-faktor seperti

induktansi bersama, resonansi sirkuit penyetalaan (tuned circuit) dan resonansi

mekanik.

Gambar 1 Rangkaian alat-ukur frekuensi tipe elektrodinamometer

Sebuah contoh pemakaian rangkaian penyetalaan ditemukan pada alat-alat

ukur frekuensi tipe elektrodinamometer, yang ditunjukkan secara skematis dalam

Gambar 1. Dalam alat ukur frekuensi ini, kumparan-kumparan medan membentuk

sebagian dari du arangkaian resonan terpisah. Kumparan medan 1 adalah seri dengan

induktor L1 dan kapasitor C1 dan membentuk sebuah rangkaian resonan yang disetel

ke sutu frekuensi sedikit di bawah skala terendah dari instrumen. Kumparan medan 2

adalah seri dengan induktor L2 dan kapasitor C2 dan membentuk sebuah rangkaian

~ 12 ~

resonan yang disetel ke frekuensi sedikit lebih tinggi dari skala tertinggi instrumen.

Dalam hal frekuensi jala-jala, rangkaian harus disetel ke frekuensi berturut-turut 50

Hz dan 70 Hz dengan 60 Hz pada pertengahan skala. Kedua kumparan medan

disusun seperti ditunjukkan pada diagram dan dikembalikan ke jala-jala melalui

gulungan kumparan yang dapat berputar. Torsi pada elemen yang berputar sebanding

dengan arus melalui kumparan berputar. Arus ini terdiri dari penjumlahan kedua arus

kumparan medan. Untuk frekuensi yang dimasukkan dalam batas-batas rangkuman

instrumen, rangkaian kumparan medan 1 bekerja di atas frekuensi resonan dengan

arus i1 ketinggalan dari tegangan yang dimasukkan. Rangkaian kumparan medan2

bekerja di bawah frekuensi resonannya dan dengan demikian adalah kapasitif dengan

arus i2 yang mendahului tegangan yang dimasukkan. Karena itu torsi yang dihasilkan

oleh kedua arus terhadap kumparan putar adalah berlawanan dan torsi yang

dihasilkan tersebut merupakan fungsi dari frekuensi tegangan yang dimasukkan.

Untuk setiap frekuensi yang dimasukkan dalam batas ukur instrumen, torsi yang

dibangkitkan pada elemen yang berputar menyebabkan jarum berada pada posisi

yang dihasilkannya dan defleksi jarum dikalibrasi dalam frekuensi yang diberikan

tersebut. Torsi pemulih dilengkapi oleh sebuah daun besi keil yang dipasang pada

kumparan yang berputar. Daerah pengukuran indtrumen ini biasanya terbatas pada

frekuensi jala-jala dan pemakaian utama adalah dalam bidang ini yakni untuk

memonitor frekuensi di sebuah sistem daya.

Alat ukur frekuensi jenis batang atau lidah bergetar (tuned-reed frequency

meter) bekerja berdasarkan prinsip resonansi mekanis. Sederetan batang-batang

dipasang bersama-sama pada sebuah alas fleksibel yang terpasang pada jangkar arus

bolak-balik yang frekuensinya akan ditentukan. Batang disetel ke suatu frekuensi

dasar yang tepat berdasarkan pemilihan panjang dan massa yang sesuai. Batang yang

frekuensi dasarnya sama dengan frekuensi pada mana elektromaknit diberi energi

akan membentuk suatu getaran. Getaran batang ini dapat dilihat pada panel alat ukur

di mana ujung getaran tang ditunjukkan melalui sebuah jendela. Jika frekuensi yang

diukur berada di antara frekuensi dua batang yang berdekatan, kedua batang akan

~ 13 ~

bergetar dan frekuensi jala-jala akan paling dekat ke batang yang bergetar paling

tinggi. Interpolasi antara frekuensi-frekuensi dasar dari batang-batang ini dapat

dilakukan dengan mudah dan teliti sebab frekuensi-frekuensi batang adalah tepat.

Instrumen ini mempunyai keuntungan karena konstruksi yang sangat sederhana dan

sangat kokoh. Dia mempertahankan kalibrasinya dengan baik dengan syarat bahwa

getaran batang-batang dipertahankan dalam batas-batas yang wajar. Walaupun

operasinya tidak bergantung pada nilai tegangan yang tepat, pengubahan batas ukur

tegangan biasanya dilakukan dengan penambahan tahanan.

Gambar 2 Skema alat ukur frekuensi tipe inti jenuh

Alat ukur frekuensi tipe inti jenuh (saturable-core frequency meter) yang

dapat menangani dan mengukur suatu rangkuman frekuensi dengan baik, ditunjukkan

secara skematis pada Gambar 2. Transformator terdiri dari dua inti (core) dan satu

gandar (yoke). Satu inti adalah bahan non-maknit sedangkan inti yang lain adalah

bahan maknit yang saturasi pada nilai ggl dan arus yang sangat kecil. Gandar tersebut

terbuat dari bahan maknit dengan penampang yang cukup besar sehingga tidak

mencapai saturasi. Kumparan primer transformator dililitkan pada kedua inti tersebut

secara bersamaan (simultan), seperti ditunjukkan pada Gambar 2. Kumparan

sekunder terdiri dari dua bagian yaitu separuh gulungan dililitkan pada inti maknit

dan separuh lainnya pada inti non-maknit. Gulungan-gulungan sekunder dihubungkan

~ 14 ~

seri dalam cara sedemikian sehingga tegangan yang diinduksi di dalam gulungan-

gulungan tersebut berlawanan satu samalain. Bila daya disalurkan ke kumparan

primer, transformator akan mengindusir tegangan di dalam kumparan-kumparan

sekunder. Karena nilai saturasi inti maknetik yang rendah, inti ini akan saturasi pada

tegangan sekunder yang sangat kecil. Begitu initi saturasi, laju pertambahan tegangan

induksi di dalam kumparan tersebut akan sama dengan laju pertambahan tegangan

induksi di dalam gulungan pada inti bukan maknit. Dengan demikian laju

pertambahan tegangan-tegangan induksi saling meniadakan karena ggl di dalam

gulungan-gulungan sekunder berlawanan satu sama lain. Karena itu tegangan

sekunder bukan merupakan fungsi tegangan tersebut. Tegangan keluaran sekunder

disearahkan dan dimasukkan ke sebuah alat ukur arus searah yang defleksinya

sebanding dengan frekuensi. Skala alat ukur dikalibrasi dalam frekuensi.

III.7 Transformator Instrumen

Transformator-transformator instrumen digunakan untuk mengukur tegangan

bolak-balik pada stasiun pembangkit, stasiunn transformator dan pada saluran

transmisi, dalam kaitannya dengan instrumen-instrumen pengukur arus bolak-balik

(voltmeter, amperemeter, Wattmeter, VARmeter, dan lain-lain). Transformator-

transformator instrumen dikelompokkan sesuai dengan pemakainnya dan disebut

transformator arus (current transformer, TA) dan transformator potensial (potential

transformer, TP).

Transformator-transformator ini melakukan dua fungsi penting yaitu

memperbesar batas ukur alat ukur arus bolak-balik seperti halnya shunt atau tahanan

pengali pada alat ukur arus searah; dan mengisolir alat ukur dari jala-jala listrik

tegangan tinggi.

Batas ukur sebuah amperemeter arus searah dapat diperbesar dengan

menggunakan sebuah shunt yang membagi arus yang diukur ke alat-ukur dan shunt.

~ 15 ~

Metode ini memuaskan bagi rangkaian-rangkaian arus searah tetapi di dalam

rangkaian-rangkaian arus bolak-balik pemagian arus tidak hanya bergantung pada

tahanan alat ukur dan shunt tetapi juga pada reaktansinya. Karena pengukuran arus

bolak-balik dilakukan pada batas ukur frekuensi yang lebar, menjadi sulit untuk

mendapatkan ketelitian yang tinggi. Sebuah transformator arus menghasilkan

perluasan batas ukur yang diinginkan melalui perbandingan transformasinya dan di

samping itu menghasilkan pembacaan yang hampir sama tanpa memperhatikan

konstanta alat-ukur (reaktansi dan tahanan); atau kenyataannya jumlah instrumen

(dalam batas-batas yang sesuai) yang dihubungkan di dalam rangkaian.

Isolasi alat-alat ukur dari jala-jala listrik tegangan tinggi adalah penting bila

kita ingat bahwa sistem daya bolak-balik sering bekerja pada tegangan-tegangan orde

beberapa ratus kilovolt. Adalah tidak praktis menghubungkan jala-jala listrik

tegangan tinggi langsung ke panel instrumen untuk maksud pengukuran tegangan dan

arus , bukan hanya karena risiko keselamtan yang terlibat tetapi juga karena masalah

isolasi yang berkaitan dengan jala-jala tegangan tinggi yang bekerja secara bersamaan

di dalam suatu ruang terbatas. Bila sebuah transformator digunakan, hanya kawat-

kawat tegangan rendah saja dari kumparan transformator sekunder yang dihubungkan

ke panel instrumen dan hanya tegangan rendah yang boleh ada antara kawat-kawat

tersebut dan bumi; dengan demikian memperkecil risiko keselamatan dan masalah

isolasi.

Transformator potensial (TP) digunakan untuk mengalihkan tegangan tinggi

dari sebuah jala-jala ke yang lebih rendah yang sesuai bagi hubungan langsung ke

sebuah voltmeter arus bolak-balik atau kumparan potensial wattmeter arus bolak-

balik. Tegangan sekunder transformator yang biasa adalah 120 V. Tegangan-tegangan

primer dibuat standar untuk menyesuaikan terhadap tegangan saluran transmisi yang

umum yakni 2400 V, 4160 V, 7200 V, 13.8 kV, 44 kV, 66 kV, dan 220 kV.

Transformator potensial ditetapkan agar menghasilkan sejumlah daya tertentu ke

beban sekunder. Berbagai kapasitas beban yang berbeda tersedia agar sesuai bagi

pemakaian individu, kapasitas yang umum adalah 200 VA pada frekuensi 60 Hz.

~ 16 ~

Transformator potensial harus memenuhi persyaratan desain tertentu yang

mencakup ketelitian perbandingan lilitan, reaktansi kebocoran yang kecil, arus

maknetisasi yang kecil, dan penurunan tegangan yang paling kecil. Selanjutnya

karena kita mungkin bekerja pada tegangan primer yang sangat tinggi, isolasi antara

gulungan-gulungan primer dan sekunder harus mampu menahan beda potensial yang

tinggi dan persyaratan lain dielektrik yang sangat tinggi. Dalam hal yang lazim

kumparan tegangan tinggi dibuat dari konstruksi ku panggang bundar dan dilindungi

guna pencegahan regangan-regangan dielektrik setempat. Kumparan tegangan rendah

atau kumparan-kumparan dililitkan pada sebuah gulungan kertas dan dirakit di bagian

dalam kumparan tegangan tinggi. Semua rakitan ini dipadatkan kering (impregnated)

atau direndam di dalam minyak. Rakitan inti dan kumparan kemudian ditempatkan di

bagian dalam sebuah kotak/selubing baja yang menyangga terminal-terminal

tegangan tinggi atau bushing-bushing porselen. Kemudian kotak diisi dengan minyak

isolasi.

Perkembangan baru dalam industri karet sistetik telah memperkenalkan

transformator potensial jenis karet tuang/cetak (molded rubber), menggantikan

minyak isolasi dan bushing porselen dalam beberapa pemakaian. Transformator

potensial 25 kV tipe karet tuang/cetak yang sesuai untuk pemakaian di luar ini lebih

murah dari transformator potensial konvensional yang berisi minyak dan karena

“bushing” terbuat dari karet tuang, sifat rapuh porselen dihilangkan. Sebuah titik

polaritas berwarna putih ditempatkan pada “bushing” yang tepat di bagian depan

transformator. Dua terminal kumparan sekunder tipe baut tap (stud) dimasukkan di

dalam sebuah kotak saluran yang dapat dipindahkan. Daya yang diijinkan (rating)

bagi sebuah transformator potensial didasarkan pada pertimbangan-pertimbangan

selain kapasitas beban, karena alasan yang telah diberikan sebelumnya. Beban khas

yang diijinkan adalah 200 VA pada 60 Hz untuk transformator yang mempunyai

perbandingan 2400/120V. Tetapi pada kebanyakan pengukuran, beban yang berarti

akan lebih kecil dari 200 VA.

~ 17 ~

Transformator arus (TA) kadang-kadang mempunyai kumparan primer dan

selalu mempunyai kumparan sekunder. Jika terdapat kumparan primer, dia

mempunyai jumlah gulungan yang kecil. Dalam kebanyakan hal kumparan primer

hanya berupa satu gulungan atau satu konduktor yang dihubungkan seri ke beban

yang arusnya akan di ukur. Kumparan sekunder mempunyai jumlah lilitan yang lebih

banyak dan dihubungkan ke alat ukur arus atau ke sebuah kumparan rile. Kumparan

primer sering berupa sebuah konduktor tunggal berbentuk batang tembaga atau

batang kuningan berat yang dilewatkan melalui inti transformator. Transformator arus

sedemikian disebut transformator arus tipe batang (bar-type). Kumparan sekunder

transformator arus ini biasanya dirancang untuk menghasilkan arus sekunder sebesar

5 A. Sebuah transformator arus tipe batang 800/5 A mempunyai 160 lilitan pada

kumparan sekundernya.

Kumparan primer transformator arus dihubungkan langsung di dalam

rangkaian beban. Bila kumparan sekunder adalah rangkaian terbuka, tegangan yang

dibangkitkan pada terminal-terminal terbuka bisa sangat tinggi (sebab kenaikan

perbandingan transformator) dan dapat dengan mudah merusak isolasi antara

gulungan-gulungan sekunder. Karena itu kumparan sekunder sebuah transformator

harus selalu dihubungkansingkatkan atau dihubungkan ke sebuah alat ukur atau

kumparan rile. Sebuah transformator arus tidak boleh mempunyai kumparan sekunder

yang terbuka bila kumparan primernya membawa arus; dia selalu harus ditutup

melalui sebuah alat ukur arus, kumparan rile, kumparan arus wattmeter, atau

mudahnya oleh sebuah penghubung singkat. Kelalaian mengetahui tindakan

pencegahan ini dapat menimbulkan kerusakan berat bagi peralatan atau bagi personel.

Transformator arus terdiri dari sebuah inti dengan kumparan sekunder yang

terbungkus di dalam isolasi karet tuang. Jendela di dalam inti memungkinkan

penyisipan satu atau lebih gulungan konduktor tegangan tinggi pembawa arus.

Sebuah konduktor tunggal berisi satu kumparan primer dengan satu lilitan.

Perbandingan nominal transformator diberikan pada pelat namanya; ini bukan

perbandingan lilitan (karena lebih dari satu lilitan dapat digunakan sebagai kumparan

~ 18 ~

primer) tetapu hanya menunjukan bahwa suatu arus primer sebesar 500 A akan

menghasilkan arus sekunder 5 A bila kumparan sekunder tersebut dihubungkan ke

sebuah amperemeter 5 A. Dalam batas-batas praktis, arus di dalam gulungan

sekunder ditentukan oleh arus eksitasi primer dan bukan oleh impedansi rangkaian

sekunder. Karena di dalam sistem arus bolak-balik arus primer ditentukan oleh beban

maka arus sekunder dikaitkan ke arus primer sebesar sekitar kebalikan perbandingan

lilitan. Ini benar dalam batas-batas tingkah laku beban sekunder yang agak lebar.

BAB III

PENUTUP

III.8 Kesimpulan

Elektrodinamometer dipakai dalam instrumentasi penunjuk arus bolak-balik.

Elektrodinamometer dapat digunakan untuk menunjukkan daya searah (DC)

maupun bolak-balik (AC) untuk setiap bentuk gelombang tegangan dan arus

dan tidak terbatas pada gelombang sinus saja.

Wattmeter menggunakan prinsip kerja elekrodinamometer karena

kemampuannya dalam mengukur arus bolak-balik.

Alat ukur wattjam (watthourmeter) tidak sering digunakan di laboratorium

tetapi banyak digunakan untuk pengukuran energi listrik komersil.

Transformator-transformator instrumen digunakan untuk mengukur tegangan

bolak-balik pada stasiun pembangkit, stasiunn transformator dan pada saluran

transmisi.

III.9 Saran

~ 19 ~

Sebaiknya pada wattmeter digunakan bahan yang berbentuk gandar pada

kumparan arusnya sehingga fluks yang dihasilkan bertambah besar.

DAFTAR PUSTAKA

Copper, William D.. 1999. Instrumentasi Elektronik dan Teknik

Pengukuran, diterjemahkan oleh Ir. Sahat Pakpahan. Jakarta:

Erlangga

~ 20 ~