BAB III

PENGUKURAN ENERGY LISTRIK

III.1 Tujuan

1. Untuk mengukur pemakaian energy listrik dan faktor yang

mempengaruhi.

2. Untuk mengetahui ketelitian kWh-meter.

III.2 Alat-alat Yang Dipergunakan

a. kWh-meter 3 fasa 1 buah

b. kWh-meter 1 fasa 3 buah

c. cos-phi-meter 1 buah

d. Wattmeter 1 fasa 1 buah

e. Voltmeter 1 buah

f. Amperemeter 1 buah

g. Stop Watch 3 buah

h. Beban lampu secukupnya

i. Konektor secukupnya

III.3 Teori Dasar

III.3.1 Pengertian Listrik 1 Fasa

Listrik 1 fasa adalah instalasi listrik yang menggunakan dua kawat

penghantar yaitu 1 kawat fasa dan 1 kawat 0 (netral). Pengertian sederhananya adalah

listrik 1 fasa terdiri dari dua kabel yaitu 1 bertegangan dan 1 netral. Umumnya listrik

1 fasa bertegangan 220 volt yang digunakan banyak orang. Bisaanya listrik 1 fasa

digunakan untuk listrik perumahan, namun listrik PLN di jalanan itu memiliki 3 fasa

,   tetapi yang masuk ke rumah kita hanya 1 fasa karena kita tidak memerlukan daya

besar.

III.3.2 Pengertian Listrik 3 Fasa

Listrik 3 fasa adalah instalasi listrik yang menggunakan tiga kawat fasa dan

satu kawat 0 (netral) atau kawat ground. Menurut istilah Listrik 3 Fasa terdiri dari 3

kabel bertegangan listrik dan 1 kabel Netral. Umumnya listrik 3 fasa bertegangan

380V yang banyak digunakan Industri atau pabrik.Listrik 3 fasa adalah listrik AC

(alternating current) yang menggunakan 3 penghantar yang mempunyai tegangan

sama tetapi berbeda dalam sudut fasa sebesar 120 degree.

Ada 2 macam hubungan dalam koneksi 3 penghantar ,   yaitu :

1. Hubungan bintang (“Y” atau star).

2. Hubungan delta.

Ada 2 macam tegangan listrik yang dikenal dalam sistem 3 fasa ini, yaitu

1. Tegangan antar fasa (Vpp : voltage fasa to fasa atau ada juga yang

menggunakan istilah Voltage line to line).

2. Tegangan fasa ke netral (Vpn : Voltage phase to netral atau Voltage line to

netral).

Keuntungan Listrik 3 fasa yaitu :

1. Menyediakan daya listrik yang besar ( bisaanya pada industri menengah dan

besar ). Industri atau hotel memerlukan daya listrik yang besar sehingga

memerlukan line yang banyak. Tapi pada output terakhir untuk pemakaian

hanya memerlukan satu fasa (memilih salah satudari 3 fasa). Listrik 3 fasa

bisaanya diperlukan untuk menggerakkan motor industri yang memerlukan

daya besar.

2. Karena menggunakan tegangan yang lebih tinggi maka arus yang akan

mengalir akan lebih rendah untuk daya yang sama. Sehingga untuk daya yang

besar, kabel yang digunakan bisa lebih kecil.

3. Untuk motor induksi ,   listrik 3 fasa tidak memerlukan kapasitor.

III.3.3 Beda 3 fasa dan 1 fasa

1. Listrik 3 fasa  

Bila suatu alat membutuhkan catu daya listrik 3 (tiga) fasa, maka

hubungannya dengan catu daya =R S T (fasa to fasa 380 Volt).

2. Listrik 1 fasa

Bila suatu alat membutuhkan catu daya listrik 1 (satu) fasa, maka hubungan

nya dengan catu daya= R dengan N atau S-N atau T-N. (fasa to Neutral 220 Volt).Itu

dari sisi koneksi (hubungan). Sedangkan dari sisi effisiensi, pemakaian 3 (tiga) fasa

dapat memperkecil Ampere (arus listrik) dan secara otomatis memperkecil diameter

penghantar (kabel Beda listrik 1 fasa sama 3 fasa ialah kalau satu fasa hanya terdiri

dari fasa dan netral (+&-) dengan tegangan output 220V 3 fasa terdiri dari 3 arus

positif dan satu netral dengan simbol (R,S,T,N) RST adalah fasa dan N adalah netral

digunakan untuk motor 3 fasa atau instalasi satu fasa juga bisa dengan output R-N :

220V S-N:220V T-N 220V R-T:380V R-S:380V T-S:380V.

III.3.4 Sistem 1 fasa dan 3 fasa  

Di dalam jaringan listrik ada 2 sistem jaringan : jaringan 1 fasa dan jaringan

3 fasa. Jaringan 1 fasa atau di sebut juga JTR ( jaringan tegangan rendah ) jaringan ini

hanya melayani rumah rumah sajadan tegangan yang melalu ini hanya 220 Volt

teganagn ini untuk tegangan rumah rumah saja.

Jaringan 3 fasa atau sebut saja JTM (Jaringan tegangan menengah) jaringan

ini menampungbeban tinggi dan untuk pengaliran tegangan saja. setiap sistem

jaringan,jaringan 1 fasa ataupun 3 fasa mempunyai kekurangan dan kelebihan sendiri

sendiri..

Kekurangan dan kelebihan jaringan 1 fasa:

1. Kekurangan sistem 1 fasa:

a. Hanya terdiri dari 2 penghanatar saja yaitu Fasa R dan Netral.

b. Beban yang besar di tampung oleh 1 penghantar saja

c. Pada generator 1 fasa ,generator menjadi lebih besar.

2. Kelebihan sistem 1 fasa:

a. Lebih simpel karena terdiri hanya 2 Penghantar saja dalam jaringan

b. Ekonomis.

Kekurangan dan kelebihan sistem 3 fasa

1. Kekurangan sistem 3 fasa

a. Mahal

b. Waktu yang di perlukan lebih lama.

2. Kelebihan sistem 3 fasa:

a. Tegangan yang besar mampu di bagi menjadi 3 Penghantar yaitu R,S,T dan N

b. Genertaror yang mebggunakan sistem ini ukuranya lebih kecil

c. Simpe

III.3.5 Prinsip Kerja kWH-meter

1. KWH-meter analog

Ditinjau dari segi cara bekerjanya, maka pengukur ini memakai prinsip azas

induksi atau azas Ferraris. Pada umumnya, alat pengukur ini digunakan untuk

mengukur daya listrik arus bolak balik. Pada alat ini dipasang sebuah cakera

alumunium (alumunium disk) yang dapat berputar, dimuka sebuah kutub magnet

listrik (Electromagnetic).

Magnet listrik ini diperkuat oleh kumparan tegangan dan kumparan arus.

Dengan adanya lapangan magnet tukar yang berubah-ubah, maka cakera (disk)

alumunium ditimbulkan suatu arus bolak-balik, yang menyebabkan cakera tadi mulai

berputar dan menggerakkan pesawat hitungnya.

Secara umum, perumusan perhitungan untuk daya listrik dapat dibedakan

menjadi tiga macam, yaitu:

Daya kompleks S (VA)= V . I………………........(3.1)

Daya reaktif Q (VAR)= V . I sin φ……….….…..(3.2)

Daya aktif P (Watt)= V . I cosφ...…………...…..(3.3)

Dari ketiga daya tersebut yang terukur pada kWH-meter adalah daya aktif,

yang dinyatakan dengan satuan watt, sedangkan daya reaktif dapat diketahui besarnya

dengan menggunakan alat ukur Varmeter. Untuk pemakaian pada rumah, bisaanya

hanya digunakan kWH-meter.

Pada pembebanan bebas induksi kecepatan berputarnya cakera sangat

tergantung pada hasil kali tegangan pada hasil kali dari tegangan (E) dikali dengan

kuat arus (I) dalam satuan watt. Jumlah putaran tergantung pada kecepatan dan

lamanya, dengan demikian dapat kita rumuskan sebagai berikut:

n=E . I .t……………..…………………....…(3.4)

Untuk alat pengukur kiloWattHour (kWH) arus putar, pada umumnya

mempunyai tiga sistem magnet yang ketiganya dilengkapi oleh sebuah kumparan arus

dan tegangan yang bekerja pada sebuah cakera turutan, dimana ketiga cakera itu

dipasang pada sumbu yang sama.

Gambar 3.1 Rangkaian kWH-meter Analog

Pada piringan KWH meter terdapat suatu garis penanda (bisaanya berwarna

hitam atau merah). Garis ini berfungsi sebagai indikator putaran piringan. Untuk 1

kWH bisaanya setara dengan 900 putaran (ada juga 450 putaran tiap kWH). Saat

beban banyak menyerap daya listrik, maka putaran piringan kWH ini akan semakin

cepat. Hal ini tampak dari cepatnya garis penanda ini melintas.

2. KWH-meter Digital

Cara kerja dari kWH-meter digital antara lain sebagai berikut:

a. KWH-meter digital dikontrol oleh sebuah mikrokontroler dengan tipe

AVR90S8515 dan menggunakan sebuah sensor digital tipe ADE7757 yang berfungsi

untuk membaca tegangan dan arus serta untuk mengetahui besar energi yang

digunakan pada instalasi rumah.

b. Seven Segment sebagai penampil data besaran energi listrik yang digunakan

di rumah. Dari komponen-komponen tersebut dihasilkan sebuah kWH-meter modern

dengan tampilan digital yang dapat mengukur besaran penggunaan energi, dengan

batasan maksimal beban 500 watt.

Mengukur energy listrik pada dasarnya mengukur besarnya daya listrik yang

digunakan dalam waktu tertentu.

....................................................................................................................(3.5)

Berdasarkan hal tersebut di atas maka dapat dikembangkan metode

pengukuran lebih lanjut.

1. kWh-meter I fasa

Gambar 3.2 kWh-meter 1 fasa

kWh-meter satu fasa mempunyai satu kumparan arus dan satu kumparan

tegangan.

KWh = VI cosφ h1000 .................................................(3.6)

Dimana:

V = Tegangan fasa-nol (Volt)

I = Arus beban (A)

cos φ = Faktor daya

0

R Beban V

kWh = 1000 I x V x t

2. kWh-meter 3 fasa

Gambar 3.3 kWh-meter 3 fasa

kWh-meter 3 fasa dengan 4 saluran, memiliki 3 kumparan arus dan 3

kumparan tegangan. Pengukuran energy ketiga fasanya adalah:

kWh (3 φ )= 3VI cos ϕ h1000 ............................................(3.7)

Dimana:

V = Tegangan fasa-nol beban (Volt)

I = Arus beban (A)

cos ϕ = Faktor daya

V 0TSR

0TSR

III.4 Langkah Percobaan

III.4.1 Pengukuran energy 1 fasa

Gambar 3.4 Rangkaian Pengukuran Energi 1 Fasa

1. Siapkan rangkaian percobaan seperti gambar 3.4

2. Pastikan kebenaran rangkaian anda !

3. Catatlah konstanta kWh (jumlah putaran/kWh) pada name platenya.

4. Siapkan beban listrik sesuai petunjuk pengawas.

5. Masukkan beban secara bertahap dan catatlah hasil penunjukkannya (W, cos

φ , A, dan V).

6. Siapkan rangkaian percobaan seperti gambar 3.4

7. Pastikan rangkaian anda sudah benar !

8. Siapkan beban listrik sama dengan gambar 3.4

9. Siapkan Stop watch.

10. Masukan beban secara bertahap seperti pada gambar 3.4 dan catatlah waktu

yang diperlukan untuk n putaran yang telah ditentukan.

Tabel 3.1 Hasil Pengukuran Energi 1 Fasa

Beban W Cos φ A V

Tabel 3.2 Hasil Pengukuran Energi 1 Fasa

Beban Jumlah Putaran Waktu

kWh

ZZZ

W Acos Φ

V

ZZZ

III.4.2 Pengukuran Energy 3 Fasa

Gambar 3.5 Gambar 3.6

Langkah - langkah:

1. Siapkan rangkaian seperti gambar 3.5

2. Pastikan rangkaian anda sudah benar.

3. Catatlah konstanta kWh meter (jumiah putaran/kWh) yang dinyatakan pada

masing-masing name plate kWh-meter tersebut.

4. Siapkan beban listrik sesuai petunjuk pengawas.

5. Siapkan 3 buah stop watch.

6. Masukkan beban listrik secara bertahap dan catatlah waktu yang diperlukan

untuk n putaran yang telah diperlukan untuk ketiga kWh meter.

7. Siapkan rangkaian seperti gambar 3.6.

8. Pastikan rangkaian anda sudah benar.

9. Catatlah konstanta kWh-meter.

10. Siapkan beban listrik sama seperti pada gambar 3.5.

11. Siapkan stop watch.

12. Masukkan beban secara bertahap sama seperti pada gambar 3.5 dan catatlah

waktu yang diperlukan untuk n putaran yang telah ditentukan.

13. Ulangi kedua percobaan tersebut untuk beban tak seimbang.

0

T

S

R kWh

3

Phase

Z3

Z1

Z2

0

T

S

R

Z3

Z1

Z2

kWh3

kWh2

kWh1

III.5 Data Hasil Percobaan

Di bawah ini merupakan laporan hasil data yang diperoleh dari melakukan

dua percobaan mengenai pengukuran energy 1 fasa dan energy 3 fasa.

III.5.1 Pengukuran Energi 1 Fasa Tabel 3.3 Hasil Pengukuran Energi 1 Fasa

Beban W Cos φ A V100 95,24 0,99 0,432 222,7160 153,97 0,99 0,699 222,5225 214,13 0,99 0,973 222,3

III.5.2 Pengukuran Waktu Energi 1 Fasa Tabel 3.4 Pengukuran Energi 1 Fasa menggunakan kWH-meter

Beban Jumlah Putaran Waktu

100 1 41,73160 1 25,65225 1 19,17

III.5.3 Pengukuran Beban Seimbang Tabel 3.5 Hasil Pengukuran Beban Seimbang

Beban kWh-1 kWh-2 kWh-3 kWh-3φ

n t1 n t2 n t3 N t3φ

100 W 1 40,27

1 168,02 s100 W 1 32,91

100 W 1 37,31

III.5.4 Pengukuran Beban Tak SeimbangTabel 3.6 Hasil Pengukuran Beban Tak Seimbang

Beban kWh-1 kWh-2 kWh-3 kWh-3φ

n t1 n t2 n t3 N t3φ

100 W 1 41,05

1 85,07 s160 W 1 18,58

225 W 1 16,72

III.6 Analisa Data Hasil Percobaan

III.6.1 Perhitungan Energi 1 Fasa

III.6.1.1 Perhitungan Energi 1 fasa dengan kWh meter 1 fasa

Berdasarkan tetapan kWh meter 1 fasa, yaitu 900 rev/kWh dapat dihitung

besarnya energi yang terserap untuk masing-masing beban untuk satu putaran yaitu

dengan menggunakan persamaan

WkWh= P∗revP∗900

→ dimanat= revP∗900 ......................................(3.8)

Dengan menggunakan persamaan di atas, dapat kita hitung WkWh nya,

yaitu:

a. Pada beban 100 watt

WkWh= 100∗1100∗900

=0,00111kWh

b. Pada beban 160 watt

WkWh= 160∗1160∗900

=0,00111kWh

c. Pada beban 225 watt

WkWh= 225∗1225∗900

=0,00111 kWh

Berdasarkan perhitungan di atas dapat kita lihat bahwa untuk masing –

masing beban yang berbeda ternyata mendapatkan hasil WkWh yang sama yaitu

0,00111 kWh. Dilihat dari data hasil percobaan yang kita peroleh, dapat kita hitung

energi yang diserap oleh beban dengan persamaan sebaai berikut

W= P x t...............................................................(3.9)

Dengan menggunakan persamaan di atas, dapat di ukur banyak energi yang

terserap oleh masing – masing beban, yaitu :

a. Pada beban 100 watt

W= 1001000

∗41,03

3600=0,00114 kWh

b. Pada beban 160 watt

W= 160

1000∗25,97

3600=0,00115 kWh

c. Pada beban 225 watt

W=2251000

∗17,98

3600=0,00112 kWh

III.6.1.2 Persentase Kesalahan

Berdasarkan tetapan kWh (900 rev/kWh) dapat dilihat bahwa untuk 1

putaran energi yang terpakai atau terserap oleh beban adalah 0,00111 kWh, sehingga

dapat dihitung persentase kesalahan pengukuran dengan persamaan

% Kesalahan = W pengukuran−W teori

W teori∗100 %`.........................(3.10)

Dengan menggunakan persamaan di atas, dapat kita hitung besarnya

persentase kesalahan pengukuran untuk masing – masing beban, yaitu :

a. Pada beban 100 watt

% Kesalahan = 0,00114−0,00111

0,00111∗100 % = 2,7%

b. Pada beban 160 watt

% Kesalahan = 0,00115−0,00111

0,00111 * 100% = 3,6%

c. Pada beban 225 watt

% Kesalahan = 0,00112−0,00111

0,00111∗100 %=¿ 0,9%

III.6.1.3 Perhitungan Cosφ

Berdasarkan tabel 3.1, kita juga dapat membandingkan antara cosφ hasil

pengukuran dengan cosφ hasil perhitungan dengan menggunakan persamaan

Cosφ = W

I . V ............................................................(3.11)

Dari persamaan di atas, maka hasil perhitungan untuk masing – masing

beban adalah :

a. Pada beban 100 watt

Cosφ = 100

0,432∗222,7=1 , 039

b. Pada beban 160 watt

Cosφ = 160

0,699∗222,5=1 , 028

c. Pada beban 225 watt

Cosφ = 225

0,973∗222,3=1 , 040

III.6.1.4 Persentase Kesalahan Cosφ

Dari hasil perhitungan di atas, dapat kita cari persentase kesalahannya

dengan menggunakan persamaan

% Kesalahan = cos Perhitungan−cos Pengukuran

cos Perhitungan∗100 %`...........(3.12)

Dengan menggunakan persamaan di atas, persentase kesalahan yang terjadi

dari masing – masing beban dapat kita hitung sebagai berikut

a. Pada beban 100 watt

% Kesalahan = 1,03 9−0,99

1,03 9∗100 %=0,08 %

b. Pada beban 160 watt

% Kesalahan = 1,028−0,99

1,02 8∗100 %=0,06 %

c. Pada beban 225 watt

% Kesalahan = 1,040−0,99

1,040∗100 %=0,08 %

III.6.1.4 Persentase Kesalahan Wattmeter

Berdasarkan tabel 3.1 dapat dilihat bahwa satuan daya yang tertera pada

beban dengan satuan daya pada melalui pengukuran dengan menggunakan wattmeter

adalah berbeda. Sehingga dapat dihitung persentase kesalahan wattmeter dengan

menggunakan persamaan

% Kesalahan = W beban−W Pengukuran

W beban∗100 %`.........................(3.13)

Dengan menggunakan persamaan di atas dapat dihitung persentase

kesalahan pengukuran untuk masing – masing beban, yaitu :

a. Pada beban 100 watt

% Kesalahan = 100−95,24

100∗100 %=0,04 %

b. Pada beban 160 watt

% Kesalahan = 160−153,97

160∗100%=0,06 %

c. Pada beban 100 watt

% Kesalahan = 225−214,13

225∗100%=0,04 %

Kesimpulan analisa pengukuran energi 1 fasa :

1. Energi yang diserap oleh suatu beban dipengarhi oleh bebera[a faktor, yaitu:

daya (watt), cosφ (factor daya), arus (I) tegangan (V), dan waktu (t).

2. Semakin besar daya maka semakin besar juga arus dan tegangan.

3. Semakin besar daya maka waktu yang diperlukan untuk melakukan satu kali

putaran semakin kecil.

4. Kesalahan masing – masing pengukuran disebabkan oleh kesalahan praktikan

membaca skala dan kurangnya kemampuan dari praktikan tersebut, atau dapat

juga disebabkan oleh alat yang rusak

III.6.2 Perhitungan Energi 3 Fasa

III.6.2.1 Perhitungan Beban Seimbang

a. Perhitungan energi 3φ berdasarkan 3 kWh meter 3φ

Berdasarkan rumus W= p x t, maka energi 3φ dengan menggunakan 3 kWh

meter 1φ dapat dihitung dengan menjumlahkan energy dari 3 kWh 1φ dengan

menggunakan rumus :

W= (P1*t1) + (P2*t2) + (P3*t3)

W= ( P 11000

∗t 1

3600 )+( P 21000

∗t 2

3600 )+( P 31000

∗t 3

3600 )................................(3.14)

Dengan menggunakan persamaan di atas, dapet dihitung energi untuk beban

100 watt dengan mengunakan kWhmeter 1φ , yaitu :

W1 = ( 1001000

∗40,27

3600 )=0 , 00111 kWh

W2 =( 1001000

∗32,91

3600 )=0,0009 kWh

W3 =( 1001000

∗37,31

3600 )=¿ 0,001 kWh

WTotal = W1+W2+W3

= 0,00114+0,0009+¿0,001

= 0,003 kWh

Berdasarkan perhitungan di atas, dapat kita buat tabel energy 3φ yang

diukur menggunakan 3 kWh meter 1φ yaitu :

Tabel 3.7 Energi 3φ menggunakan 3 kWh meter 1φ

Beban Energi Total (3φ )

100 0,003 kWh

b. Perhitungan energi 3φ berdasarkan 1 kWh meter 3φ

Berdasarkan data yang diperoleh dari tabel 3.5, dapat kita hitung besar

energy 3φ dengan menggunakan 1 kWh meter 3φ dengan menggunakan persamaan :

W =3φ = P3φ * t3φ ...........................................................(3.15)

Sehingga dapat dihitung, yaitu :

W = 300 * 168,02 = 50.406 kWh