Pengukuran Rangkaian AC dan Interpretasi Pengukur AC

I. Penjelasan tentang Alat Ukur Arus Listrik

Sebagian besar instrumen pengukur arus listrik merupakan instrumen elektromagnetik, yang memanfaatkan medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan yang dialiri arus listrik untuk memagnetisasi lempengan besi guna menghasilkan gaya elektromagnetik. Saat mengukur besaran listrik yang besar, instrumen ini dapat digunakan bersama dengan transformator pengukur. Trafo pengukur adalah alat pengubah yang digunakan bersama dengan instrumen pengukur, termasuk trafo tegangan dan trafo arus. Trafo ini memanfaatkan prinsip induksi elektromagnetik untuk melakukan pengubahan rasio tegangan/arus, sehingga mengubah tegangan tinggi/arus besar menjadi tegangan rendah/arus kecil yang dapat ditangani oleh instrumen pengukur.

(1) Pengkabelan Transformator Tegangan (PT)

1. Prinsip pemasangan kabel:Fungsinya adalah mengubah tegangan tinggi (misalnya 10 kV) secara proporsional menjadi tegangan rendah (misalnya 100 V), untuk keperluan pengukuran instrumen. Cara pemasangannya adalah dengan menghubungkannya secara paralel ke rangkaian yang akan diukur.

2. Langkah-langkah pemasangan kabel:Sisi primer tegangan tinggi (N₁) dihubungkan secara paralel ke saluran tegangan tinggi (seperti L₁, L₂, L₃); sisi sekunder tegangan rendah (N₂) dihubungkan ke voltmeter. Sisi sekunder harus diarde pada salah satu ujungnya.

⚠️ Hal-hal yang perlu diperhatikan: Dilarang keras terjadi korsleting pada sisi sekunder (dapat menyebabkan kerusakan akibat terbakar); pastikan pengardean yang baik; sesuaikan instrumen (rentang pengukuran 100 V).

(2) Pemasangan Kabel Transformator Arus (CT)

1. Prinsip pemasangan kabel:Fungsinya adalah mengubah arus besar (misalnya 500 A) secara proporsional menjadi arus kecil (misalnya 5 A), untuk keperluan pengukuran dengan alat ukur. Cara pemasangannya adalah dengan menghubungkannya secara seri ke rangkaian yang akan diukur.

2. Langkah-langkah pemasangan kabel:Sisi primer (N₁) dihubungkan secara seri ke rangkaian yang diuji; sisi sekunder (N₂) dihubungkan ke amperemeter. Salah satu ujung sisi sekunder harus dihubungkan ke ground.

⚠️ Hal-hal yang perlu diperhatikan: Dilarang keras membuat jalur di sisi sekunder (dapat menimbulkan tegangan tinggi hingga ribuan volt); pastikan pengardean yang andal; sesuaikan instrumen pengukur (rentang 5A).

II. Penjelasan tentang Pemasangan Kabel Pengukur Daya

Sebagian besar pengukur daya memiliki struktur sistem motor listrik, yang dapat mengukur daya pada rangkaian arus searah, serta daya pada rangkaian arus bolak-balik sinusoidal maupun non-sinusoidal, dengan tingkat akurasi yang tinggi. Pengukur daya menunjukkan hasil perkalian tegangan dan arus, dan biasanya dirancang dengan beberapa rentang pengukuran.

(1) Pengukuran daya

1. Metode pengukuran daya:Lihat Tabel 13-1.

Nama

Jalur pengukuran

Penjelasan dan Hal-hal yang Perlu Diperhatikan

Arus searah

daya jalur

Pengukuran

Saat melakukan penyambungan, “ujung generator” (simbol) harus disambungkan ke kutub yang sama pada sumber listrik

Sirkuit Listrik AC Satu Fase: Pengukuran Daya

f6f278784714b43baa3e176ce201d000

(a)

7bb294123ef799a91b1e3c03b23b8381

(b)

(1) Terminal tegangan yang ditandai dengan tanda “ · ” dapat dihubungkan ke salah satu terminal arus. Gambar (b) menunjukkan bagian belakang kumparan tegangan

Selanjutnya, digunakan saat R₁ mendekati Ry.

(2) Terminal arus yang ditandai dengan tanda “·” harus dihubungkan ke salah satu ujung sumber daya, sedangkan terminal arus lainnya dihubungkan ke ujung beban

Arus bolak-balik tiga fasa

Pengukuran Daya Sirkuit

Tiga fasa tiga kabel

Sirkuit pengatur

Pemasangan kabel

Daya total rangkaian sama dengan penjumlahan aljabar dari dua pembacaan pengukur daya.

Apabila cosφ beban < 0,5, maka salah satu pengukur daya akan menunjukkan nilai negatif, yaitu pengukur daya berbalik arah

Arus bolak-balik tiga fasa

Pengukuran Daya Sirkuit

Tiga fasa empat

Sistem Listrik Berbasis Kabel

Persimpangan jalan

线

Dengan menggunakan tiga pengukur daya satu fasa, diukur daya pada masing-masing fasa; daya total rangkaian tersebut merupakan jumlah dari pembacaan ketiga pengukur daya tersebut

Pengukuran daya tiga fasa

Pemasangan kabel saat pengukuran

(a) (b)

Gambar (a) menunjukkan skema rangkaian sambungan langsung;

Gambar (b) menunjukkan skema sambungan dengan rangkaian penghubung transformator arus

2. Cara menggunakan pengukur daya:Saat melakukan penyambungan, pasang kumparan tetap (kumparan arus) secara seri, sedangkan kumparan bergerak (kumparan tegangan) secara paralel.

(1) Pemilihan rentang pengukuran pada pengukur daya:Tegangan dan arus harus sama-sama berada dalam batas yang ditentukan. Misalnya, daya 800 W, tegangan 220 V, cosφ = 0,8.

Perhitungan arus: I = P/U cos φ = 800/220 × 0,8 ≈ 4,54 (A)
Kesimpulan: Gunakan pengukur daya 300 V / 5 A.Perhatian:Meskipun pengukur 150 V/10 A juga memiliki rentang pengukuran 1.500 W, namun tegangan yang diukur melebihi batas, sehingga tidak boleh digunakan.

(2) Perhitungan pembacaan pengukur daya: P = CN. Di antaranya, konstanta pengukur daya adalah C = UN · IN / αm.

(3) Pemasangan kabel pengukur daya:Patuhi aturan “terminal dengan nama yang sama” (terminal catu daya “·” atau “±”), untuk memastikan arus mengalir dari terminal dengan nama yang sama.

Gambar 13-5: Diagram pengkabelan meteran listrik satu fasa tipe elektromagnetik

(2) Pengukuran Energi Listrik

1. Meteran listrik satu fasa

(1) Meteran listrik satu fasa tipe elektromagnetik:Memanfaatkan interaksi antara arus edar yang dihasilkan oleh kumparan tegangan/arus dengan fluks magnetik untuk menghasilkan torsi, yang menggerakkan piringan aluminium agar berputar. Magnet pengerem memastikan kecepatan putaran dan daya tetap sejalan.

Gambar 13-4: Meteran Listrik Satu Fase Elektromagnetik

Sistem pengkabelannya mencakup elektromagnet dengan kumparan seri, elektromagnet dengan kumparan paralel, roda gigi pengukur, dan papan terminal.

Gambar 13-5: Diagram pengkabelan meteran listrik satu fasa tipe elektromagnetik

Gambar 13-6 Pembacaan meter listrik satu fasa tipe elektromagnetik

(2) Meteran listrik satu fasa elektronik:Dengan mengumpulkan sinyal dan menghitung selisih waktu: W = (N₂ - N₁)K, di mana N₂ dan N₁ masing-masing mewakili dua pembacaan meter listrik. Meter listrik satu fasa elektronik dapat menjamin keakuratan pembacaan. Ditetapkan untuk menggunakan metode penambahan hitungan, sehingga pengukuran tetap dapat dilakukan meskipun pemasangan kabel tidak benar.

Gambar 13-7: Pengkabelan meteran listrik satu fasa elektronik

Cara membaca hasil pengukuran:Jika dihubungkan melalui transformator arus, daya aktual W = (N₂ - N₁)K (di mana K adalah rasio transformasi).

2. Meteran listrik tiga fasa

(1) Metode akses langsung:Digunakan saat arus beban < 100A.

Gambar 13-8 Skema pengkabelan langsung meteran listrik tiga fasa

(2) Melalui sambungan transformator arus:Jika arus > 100 A, ubah arus besar tersebut menjadi 5 A. Ujung K₂ pada sisi sekunder CT harus dihubungkan ke ground.

Gambar 13-9 Skema pengkabelan meteran listrik tiga fasa yang terhubung melalui transformator arus

3. Poin-poin penting dan hal-hal yang perlu diperhatikan dalam pemasangan kabel pengukur daya

(1) Kabel yang keluar dari panel harus berupa kabel inti tembaga dengan isolasi bertegangan nominal 500 V dan luas penampang minimal 2,5 mm².
(2) Pemasangan kabel dilakukan dengan menggunakan klip kabel, papan saluran, atau pipa plastik.
(3) Penanda urutan fase: kuning (A), hijau (B), merah (C); kabel netral berwarna hitam.
(4) Perhatikan rasio transformasi kumparan primer CT, dan pasang terminal kabel dengan benar.
(5) Meteran baru harus dipasang sesuai dengan gambar, sedangkan meteran lama harus diuji secara langsung menggunakan multimeter pada terminalnya.
(6) Pada meteran listrik tiga fasa empat kabel yang dilengkapi CT, tiga terminal kumparan tegangan harus dilepas!
(7) Polaritas CT: Saat P₁ masuk dan P₂ keluar, K₁ dihubungkan ke 1, 4, 7; K₂ dihubungkan ke 3, 6, 9. Pemasangan terbalik akan menyebabkan pembalikan.
(8) CT yang dipasang pada busbar perlu dilindungi dari panas; disarankan untuk membungkusnya dengan kain serat kaca sebagai isolasi.
(9) Ukur resistansi arus searah sebelum memasang kabel, untuk mencegah terjadinya putusnya sambungan di dalam kabel.
(10) Pastikan tegangan dan arus berada pada fasa yang sama: CT fasa A harus disambungkan ke terminal tegangan fasa A; dilarang keras mengambil arus lintas fasa.

III. Analisis Kerusakan pada Sirkuit AC

Kerusakan dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu yang memiliki ciri-ciri yang jelas (seperti keluar asap, panas berlebih) dan yang tidak memiliki ciri-ciri yang jelas (seperti kegagalan fungsi, putusnya sirkuit). Diagnosis umumnya dilakukan melalui empat langkah, yaitu “melihat, menanyakan, mencium, dan meraba”:

1. “Harapan”:Pahami tipe rangkaian serta fungsi-fungsinya. Periksa apakah terdapat kerusakan pada bagian luar, kelainan pada sambungan kabel, kabel yang hangus, atau kabel yang terlepas.

2. “Pertanyaan”:Tanyakan mengenai fungsi utama, gejala kerusakan, proses, serta tanda-tanda awal.

3. “Mendengar”:Perhatikan suara yang tidak biasa, seperti getaran atau suara gesekan.

4. “Potong”:Periksa rangkaian listrik.

“Empat langkah ”memotong”:

Langkah pertama:Perawatan rutin, perlindungan terhadap kelembapan dan debu.
Langkah kedua:Pertama-tama, singkirkan kemungkinan kerusakan yang jelas (seperti kabel putus atau kontak yang terbakar).
Langkah Ketiga:Jika terjadi banyak gangguan, prioritaskan yang utama terlebih dahulu, mulai dari yang mudah hingga yang sulit. Periksa catu daya dan alur proses dari bagian belakang ke depan.
Langkah Keempat:Berdasarkan rentang yang ditunjukkan oleh kenop, persempit lokasi kerusakan untuk menemukan komponen yang bermasalah.

(1) Metode pemeriksaan dengan aliran listrik

1. Persyaratan:Perhatikan keselamatan diri. Matikan sirkuit utama sebisa mungkin, dan biarkan hanya sirkuit kontrol yang tetap bertegangan; jalankan motor dalam kondisi tanpa beban.

2. Metode pengukuran:Gunakan penguji arus, multimeter, tang ampere, dan sebagainya. Untuk sistem yang kompleks, dapat digunakan osiloskop. Berhati-hatilah agar tidak terjadi kesalahan penilaian akibat arus balik.

3. Metode spesifik untuk pemeriksaan gangguan

(1) Metode lampu penguji:Pada sirkuit 380 V, gunakan bola lampu 220 V. Hubungkan ujung dengan potensial rendah ke kabel netral, lalu sentuh titik-titik tersebut secara bergantian.

Gambar 13-10 Metode Lampu Uji 380 V

Tabel 13-2: Metode Lampu Uji untuk Mendeteksi Titik Kerusakan

fenomena kesalahan	Status pengujian	0 dan 2 Antara dua titik	Antara titik 0 dan 3	0 dan 4 Antara dua titik	Titik gangguan
Saat tombol SB₁ ditekan, KM tidak terpicu	Tombol SB₁ belum ditekan	Tidak menyala	Tidak menyala	亮	Kontak FR yang biasanya tertutup mengalami gangguan kontak
		亮	Tidak menyala	亮	Kontak tertutup (NC) SB₂ mengalami gangguan kontak
		亮	亮	Tidak menyala	Korsleting pada kumparan KM
	Putuskan kumparan KM, lalu tekan SB₁	亮	亮	Tidak menyala	Kontak SB₁ tidak terhubung dengan baik

(2) Metode penguji listrik:Aman namun memiliki keterbatasan (misalnya, busur listrik pada kontak dapat menimbulkan kesalahpahaman). Ukur secara berurutan dari titik A hingga titik F; jika cahaya meredup, berarti terdapat gangguan pada bagian sebelumnya.

Gambar 13-11 Metode Pengujian Listrik dengan Pensil Penguji Listrik

(2) Metode pemeriksaan saat listrik padam

Gambar 13-12: Skema rangkaian kontrol penguncian otomatis untuk start satu arah motor listrik

Untuk mengatasi gangguan korsleting atau munculnya asap. Putuskan sirkuit utama (misalnya pada titik A/B), lalu lepaskan kabel motor untuk mencegah kesalahan diagnosis konduktivitas belitan. Sebagai contoh, lihat rangkaian kontrol penguncian otomatis saat motor dinyalakan satu arah: Gambar 13-12.

(3) Metode Pemeriksaan Tegangan (Pengukuran saat Bertegangan)

1. Metode pengelompokan tegangan:Pena hitam ditempatkan pada titik 0, sedangkan pena merah diukur secara berurutan pada titik 2, 3, 4, dan 5. Hasil pengukuran 380 V dianggap normal, sedangkan 0 V menandakan adanya putusnya sirkuit pada bagian awal. Gambar 13-13.

Gambar 13-13 Metode Pengukuran Tegangan Bertahap

Tabel 13-3 Nilai tegangan yang diukur dengan metode pengukuran tegangan bertahap serta titik gangguan

fenomena kesalahan	Status pengujian	Antara titik 0 dan 2	0 dan 3 Antara dua titik	Antara titik 0 dan 4	Antara titik 0 dan 5	Titik gangguan
Saat tombol SB atau SB₃ ditekan, KM tidak akan aktif	Tekan SB₁ Tidak melepaskan	0	0	0	0	Kontak tertutup (NC) SB₂ mengalami gangguan kontak
		380 V	0	380 V atau 0	380 V atau 0	Kontak tertutup SB₃ mengalami gangguan kontak
		380 V	380 V	0	0	Kontak SB₁ tidak terhubung dengan baik
		380 V	380 V	380 V	0	Kontak FR yang biasanya tertutup mengalami gangguan kontak
		380 V	380 V	380 V	380 V	Korsleting pada kumparan KM

2. Metode segmentasi tegangan:Lakukan pengukuran pada dua titik yang berdekatan (1-2, 2-3, dan seterusnya). Tegangan normal adalah 0 V; jika terjadi gangguan, maka akan ditampilkan 380 V. Gambar 13-14.

Gambar 13-14 Metode Pengukuran Tegangan Bertahap

Tabel 13-4 Nilai tegangan yang diukur dengan metode pengukuran tegangan bertahap serta titik gangguan

fenomena kesalahan	Status pengujian	1 dan 2 Antara dua titik	Antara titik 2 dan 3	Antara titik 3 dan 4	Antara titik 4 dan 5	5 dan 0 Antara dua titik	Titik gangguan
Tekan SB₃ atau SB₄, KM tidak mengaktifkan	Tekan tombol S B₃ atau SB₄ Tidak melepaskan	380 V	0	0	0	0	Kontak tertutup SB₁ mengalami gangguan kontak
		0	380 V	0	0	0	Kontak tertutup (NC) SB₂ mengalami gangguan kontak
		0	0	380 V	0	0	SB₃ atau SB₄, kontak terbuka, terjadi gangguan kontak
		0	0	0	380 V	0	Kontak FR yang biasanya tertutup mengalami gangguan kontak
		0	0	0	0	380 V	Korsleting pada kumparan KM

(4) Metode Pemeriksaan Resistansi (Pengukuran dalam Keadaan Listrik Mati)

⚠️ Listrik harus diputus!

1. Metode klasifikasi resistansi:Pengukuran 0-1, 0-2… menunjukkan resistansi kumparan normal, sedangkan ∞ menunjukkan putus sirkuit. Gambar 13-15 [Diagram tingkatan resistansi].

Gambar 13-15 Metode Pengukuran Resistansi Bertahap

Sebelum melakukan pengukuran, matikan terlebih dahulu catu daya sirkuit utama, lalu nyalakan catu daya sirkuit kontrol. Jika saat tombol start SB atau SB₃ ditekan, kontaktor KM tidak terpicu, hal ini menandakan adanya gangguan pada sirkuit kontrol.

Saat melakukan pengujian, catu daya sirkuit kontrol harus diputus (hal ini berbeda dengan metode pengukuran tegangan bertahap), kemudian satu orang menekan tombol SB₁ dan menahannya, sementara orang lain menggunakan multimeter untuk mengukur nilai resistansi antara titik 0 dan 1, 0 dan 2, 0 dan 3, serta 0 dan 4 secara berurutan. Berdasarkan hasil pengukuran, titik gangguan dapat diidentifikasi, lihat Tabel 13-5.

Tabel 13-5 Nilai resistansi dan titik gangguan yang diukur dengan metode pengukuran resistansi bertahap

fenomena kesalahan	Status pengujian	0 dan 1 Antara dua titik	Antara titik 0 dan 2	0 dan 3 Antara dua titik	0 dan 4 Antara dua titik	Titik gangguan
Tekan SB₁ atau SB₃, KM tidak penyambungan	Tekan dan tahan tombol S B	00	R	R	R	Kontak tertutup SB₁ mengalami gangguan kontak
		0	00	R	R	Kontak terbuka SB₁ atau SB₃ mengalami gangguan kontak
		00	00	00	R	Kontak FR yang biasanya tertutup mengalami gangguan kontak
		00	00	0	0∞	Korsleting pada kumparan KM

Catatan: R adalah nilai resistansi kumparan KM.

2. Metode segmentasi resistansi:Ukur titik-titik yang berdekatan, seperti 1-2, 2-3. Jika hasilnya ∞, berarti terjadi putus sirkuit. Perhatikan gangguan pada rangkaian paralel. Gambar 13-16 [Diagram segmentasi resistansi].

Gambar 13-16 Metode Pengukuran Resistansi Bertahap

Tabel 13-6 Nilai resistansi dan titik gangguan yang diukur dengan metode pengukuran bertahap

fenomena kesalahan	Titik pengukuran	Nilai resistansi	Titik gangguan
Saat tombol SB₃ atau SB₄ ditekan, KM tidak aktif	1 dan 2	∞	Kontak tertutup SB₁ mengalami gangguan kontak
	2 dan 3	00	Kontak tertutup (NC) SB₂ mengalami gangguan kontak
	3 dan 4	00	Kontak terbuka SB₃ atau SB₄ mengalami gangguan kontak
	4 dan 5	00	Kontak FR yang biasanya tertutup mengalami gangguan kontak
	5 dan 0	00	Korsleting pada kumparan KM

(1) Saat memeriksa gangguan dengan metode pengukuran bertahap menggunakan resistor, pastikan untuk mematikan sumber listrik terlebih dahulu;

(2) Jika rangkaian yang diukur terhubung secara paralel dengan rangkaian lain, rangkaian paralel tersebut harus diputus; jika tidak, nilai resistansi yang diukur tidak akan akurat;

(3) Saat mengukur komponen listrik dengan resistansi tinggi, atur pengukur multimeter ke rentang resistansi yang sesuai.

(5) Metode pemeriksaan dengan hubungan pendek

Hubungkan bagian yang diduga putus dengan kabel isolasi.Perhatian: Dilarang keras melakukan hubungan pendek pada beban (seperti antara terminal 5 dan 0 pada kumparan), dan dilarang keras melakukan hubungan pendek melintasi komponen dengan penurunan tegangan yang besar.

Gambar 13-17 Metode Pemeriksaan dengan Hubungan Singkat

Saat memeriksa gangguan dengan metode pendek, beberapa hal berikut harus diperhatikan:

(1) Saat melakukan pemeriksaan dengan metode hubungan pendek, kabel isolasi yang bertegangan dioperasikan dengan tangan, sehingga harus benar-benar memperhatikan keselamatan untuk menghindari kecelakaan tersengat listrik;

(2) Pemeriksaan dengan metode hubungan pendek hanya berlaku untuk gangguan putus pada kabel dan kontak yang memiliki penurunan tegangan sangat kecil. Untuk peralatan listrik dengan penurunan tegangan yang besar, seperti gangguan putus pada resistor, kumparan, atau lilitan, metode hubungan pendek tidak boleh digunakan, karena hal itu dapat menyebabkan korsleting;

(3) Untuk beberapa bagian penting pada mesin industri, metode penyambungan langsung hanya boleh digunakan jika dapat dipastikan bahwa peralatan listrik atau mesin tidak akan mengalami gangguan.

Sebelum melakukan pemeriksaan dengan metode jembatan, ukur terlebih dahulu tegangan antara titik 1 dan 0 seperti yang ditunjukkan pada Gambar 13-17 menggunakan multimeter. Jika tegangannya normal, mintalah satu orang untuk menekan tombol start SB₃ atau SB₄ dan menahannya, kemudian orang lain menggunakan kabel dengan isolasi yang baik untuk secara bergantian melakukan hubungan pendek pada titik-titik yang berurutan: 1 dan 2, 2 dan 3, 3 dan 4, serta 4 dan 5 (Perhatian: Jangan sekali-kali menghubungkan titik 5 dan 0 secara singkat, karena hal ini akan menyebabkan korsleting). Ketika dua titik tertentu dihubungkan secara singkat, jika kontaktor KM terpicu, hal ini menunjukkan bahwa gangguan putus sirkuit terjadi di antara kedua titik tersebut, lihat Tabel 13-7.

Tabel 13-7 Metode Jembatan Singkat untuk Mendeteksi Titik Kerusakan

fenomena kesalahan	Penomoran titik sambungan pendek	Gerakan KM	Titik gangguan
Saat tombol SB₃ atau SB₄ ditekan, KM tidak aktif	1 dan 2	penyambungan	Kontak tertutup SB₁ mengalami gangguan kontak
	2 dan 3	penyambungan	Kontak tertutup (NC) SB₂ mengalami gangguan kontak
	3 dan 4	penyambungan	Kontak terbuka SB₃ atau SB₄ mengalami gangguan kontak
	4 dan 5	penyambungan	Kontak FR yang biasanya tertutup mengalami gangguan kontak