Tang ampere, pengukuran daya, dan penguji urutan fasa

Motor setrika gulung di sebuah laundry diputus relai beban lebih hampir setiap sore. Seorang teknisi menjepit tang ampere pada satu konduktor, membaca 10,2 A, membandingkannya dengan pelat nama 11,0 A, lalu menyimpulkan motor sehat dan relai beban lebih yang rusak. Di ruang sebelah, RCD (gawai proteksi arus sisa, GPAS) yang melayani dua mesin cuci sesekali memutus saat putaran peras. Teknisi yang sama menjepit tang pada kabel mesin cuci utuh, membaca 0,00 A, dan menyatakan tidak ada kebocoran. Kedua bacaan itu benar, tetapi menjawab pertanyaan yang salah: satu konduktor tidak mewakili tiga fasa, dan kabel utuh memberi jumlah arus, bukan arus salah satu konduktornya.

Arus motor, arus bocor, arus asut, dan faktor daya perlu diketahui tanpa memutus rangkaian, karena memutus rangkaian mengubah keadaan yang hendak diukur. Alatnya bekerja lewat medan magnet di sekitar konduktor, sehingga bacaannya ditafsirkan menurut prinsip itu. Bab multimeter digital membahas pengukuran dengan kontak langsung; bab keselamatan alat ukur membahas kategori ukur dan verifikasi bebas tegangan; bab daya AC dan bab sistem tiga fasa memberi definisi P, Q, S, faktor daya, dan urutan fasa. Pembahasan berikut menjelaskan bagaimana besaran itu diukur dan bagaimana angka lapangan ditafsirkan.

Batas pembahasan

Pembahasan dibatasi pada instalasi 230/400 V 50 Hz dan alat ukur portabel. Uraian di sini menjelaskan prinsip dan tafsir, bukan langkah kerja bertegangan. Setiap pengukuran arus, daya, dan urutan fasa dilakukan pada rangkaian bertegangan, sehingga hanya dikerjakan personel kompeten dengan alat dan sensor arus berkategori ukur sesuai titik ukur dan APD, yang dibahas pada bab keselamatan alat ukur. Nilai efektif sejati (true RMS) dan akurasi alat dibahas pada bab multimeter digital. Harmonisa, tipe RCD, dan arus bocor VFD dibahas pada bab harmonisa, bab RCD, dan bab instalasi VFD, dan di sini hanya disinggung untuk menafsirkan bacaan. Relai fasa sebagai proteksi dibahas pada bab proteksi motor.

Prinsip tang ampere

Semua tang ampere bertumpu pada hukum Ampère: integral kuat medan magnet sepanjang lintasan tertutup sama dengan jumlah arus yang menembus lintasan itu.

$$\oint \mathbf{H}\cdot\mathrm{d}\mathbf{l} = \sum i_k$$

Rahang tang membentuk lintasan tertutup di sekeliling konduktor, sehingga alat selalu membaca jumlah aljabar arus sesaat semua konduktor di dalam rahang dan tidak dapat membedakan konduktor mana membawa arus berapa. Sifat ini sumber kesalahan sekaligus dasar pengukuran arus bocor.

Tang trafo arus. Tang AC biasa adalah trafo arus: konduktor yang dijepit menjadi belitan primer satu lilit, inti rahang mengumpulkan fluks bolak-balik, dan belitan sekunder $N$ lilitan menghasilkan arus $I_\text{s} \approx I_\text{p}/N$ yang diubah menjadi tegangan pada resistor ukur. Karena tegangan sekunder hanya timbul bila fluks berubah, tang trafo arus tidak mengukur arus searah; tanggapan frekuensinya juga terbatas, sehingga komponen frekuensi tinggi dari catu elektronik atau VFD dapat terbaca lebih kecil.

Tang efek Hall. Tang AC/DC menempatkan sensor Hall di celah inti. Sensor ini membaca kerapatan fluks, termasuk medan tetap dari arus searah. Karena peka terhadap sisa magnetisasi inti dan suhu, tang Hall dinolkan (fungsi zero) dengan rahang tertutup tanpa konduktor sebelum mengukur arus searah. Sensor fleksibel berupa kumparan berinti udara yang dapat dibuka (kumparan Rogowski) dipakai untuk rel besar dan hanya membaca arus bolak-balik.

Faktor yang memengaruhi bacaan. Akurasi lembar data berlaku bila konduktor berada di tengah rahang, rahang menutup rapat dan bersih, dan tidak ada konduktor berarus besar lain di dekatnya. Di ujung bawah rentang, galat relatif membesar karena bagian "+ digit" spesifikasi menjadi dominan. Untuk arus kecil, konduktor dapat dililitkan $n$ kali melalui rahang dengan arah yang sama, dengan lilitan dibuat saat sirkit bebas tegangan dan terverifikasi, lalu bacaan dibagi $n$.

Keselamatan sensor arus. IEC 61010-2-032:2023 (edisi 5.0) adalah standar keselamatan sensor arus genggam, termasuk tang. Standar ini memberi simbol khusus bagi sensor yang aman dipasang dan dilepas pada konduktor bertegangan tak berisolasi, dan simbol larangan bagi jenis lain, serta memakai istilah pelindung jari (protective fingerguard) untuk batas akses aman pada badan alat. Rahang logam yang dimasukkan di antara rel telanjang berdekatan dapat menjembatani dua fasa. Rahang diberi tegangan pengenal dan kategori ukur terhadap konduktor yang dijepit, dan terminal tegangan pada tang tunduk pada kategori ukur seperti alat lain.

Apa yang dibaca rahang

Bacaan bergantung pada konduktor yang dijepit.

Jumlah fasor arus tiga fasa pada sistem empat kawat adalah arus netral, yang dibahas pada bab beban tak seimbang. Arus netral yang besar walaupun ketiga angka arus fasa hampir sama berasal dari harmonisa kelipatan tiga atau dari faktor daya yang berbeda antarfasa; alat analisis yang menampilkan spektrum arus netral membedakan keduanya, karena komponen 150 Hz yang dominan menunjuk harmonisa.

Arus bocor dengan tang resolusi tinggi

PUIL 2020 Bagian 1 mendefinisikan arus bocor sebagai arus pada lintasan konduktif yang tidak diinginkan dalam operasi normal, dan arus konduktor proteksi sebagai arus di konduktor proteksi, misalnya arus bocor atau arus akibat gangguan isolasi. Bagian 3, 33.1, memasukkan arus bocor bumi, arus start, dan arus harmonik ke dalam karakteristik peralatan yang harus dinilai kompatibilitasnya. Pada mesin cuci komersial, sumbernya antara lain kapasitor filter EMC, kapasitansi kabel motor yang dicatu VFD, dan elemen pemanas yang isolasinya menua.

Arus bocor diukur dengan tang khusus beresolusi mikroampere sampai miliampere. Menjepit L dan N bersama membaca semua arus yang tidak kembali lewat L dan N, yaitu arus yang dilihat RCD. Menjepit PE saja membaca arus yang kembali lewat PE, yang pada instalasi dengan banyak jalur pembumian dapat memuat arus sirkulasi peralatan lain. Menjepit L, N, dan PE bersama menunjukkan arus yang kembali lewat jalur tak sengaja, misalnya pipa air.

Satu pembanding yang terdokumentasi adalah persyaratan instalasi Inggris BS 7671, regulasi 531.3.2, yang bukan ketentuan PUIL: akumulasi arus konduktor proteksi di hilir RCD tidak lebih dari 30 % arus operasi sisa pengenal, yaitu 9 mA untuk RCD 30 mA. Klausul itu termasuk kelompok IEC 60364-5-53, bagian yang tidak ada di salinan PUIL 2020 korpus, sehingga padanan klausul IEC dan PUIL 2020-nya belum diverifikasi. Alasannya, RCD tidak boleh memutus pada arus sisa sampai separuh arus pengenalnya dan harus memutus pada arus pengenal, sehingga RCD 30 mA dapat memutus di mana saja antara 15 mA dan 30 mA. Arus bocor tetap 9 mA menyisakan ruang bagi lonjakan saat mesin dihidupkan.

Arus bocor berubah sepanjang siklus mesin. Pada mesin cuci dengan VFD, arus bocor saat putaran peras biasanya lebih tinggi dari saat diam. Banyak tang arus bocor memiliki filter frekuensi rendah; selisih bacaan dengan dan tanpa filter menunjukkan porsi frekuensi tinggi, yang ditanggapi RCD secara berbeda menurut tipenya. Tang tidak mengukur arus bocor searah dengan andal, dan bacaannya, yang memuat arus kapasitif filter dan kabel pada tegangan kerja, berbeda dari uji resistansi isolasi dengan tegangan DC, yang dibahas pada bab uji resistansi isolasi.

Arus asut dan fungsi tahan puncak

Motor induksi yang diasut langsung menarik arus beberapa kali arus pengenal selama percepatan; buku ajar di korpus menyebut sampai 6 kali arus nominal, tetapi rasio untuk motor tertentu diambil dari lembar data pabrik, dan perbandingan metode pengasutan dibahas pada bab metode pengasutan motor. Tang biasa memperbarui tampilan beberapa kali per detik dengan rata-rata yang tertinggal dari peristiwa singkat.

Tang dengan fungsi arus asut (inrush) mulai merekam ketika arus melewati ambang, lalu menghitung nilai efektif selama jendela waktu tertentu. Satu artikel teknik yang dicek editor menyebut jendela 100 ms dan menjelaskan bahwa fungsi tahan puncak (peak hold) dan min-maks tidak sinkron dengan awal asut, sehingga tidak mengukur besaran yang sama. Fungsi tahan puncak menangkap nilai sesaat tertinggi. Pada sinus, puncak sama dengan $\sqrt{2}$ kali nilai efektif, tetapi siklus pertama asut dapat mengandung komponen searah sementara, sehingga puncaknya dapat mendekati dua kali puncak simetris. Karena itu bacaan tahan puncak tidak boleh dibagi $\sqrt{2}$ lalu disebut arus asut.

Buku ajar instalasi motor di korpus meminta siswa mengukur arus L1, L2, dan L3 saat motor start dengan tiga tang, masing-masing tiga kali. Praktik ini bernilai untuk komisioning bila tangnya memiliki fungsi arus asut dan pengukuran dilakukan personel kompeten dengan tang berkategori ukur sesuai PHB dan APD; lembar praktikum itu hanya menyebut sarung tangan. Dengan tang biasa, yang tercatat adalah angka yang kebetulan tampil.

Pengukuran daya satu fasa dan tiga fasa

Daya aktif adalah rata-rata hasil kali tegangan sesaat dan arus sesaat. Wattmeter elektrodinamis melakukan perkalian itu dengan kumparan arus dan kumparan tegangan; alat analisis daya modern mencuplik tegangan dari kabel uji dan arus dari tang, lalu mengalikan dan merata-ratakan secara digital.

$$P = \frac{1}{T}\int_0^T v(t)\,i(t)\,\mathrm{d}t, \qquad \lambda = \frac{P}{S} = \frac{P}{V\,I}$$

dengan $P$ dalam W, $V$ dan $I$ nilai efektif dalam V dan A, dan $T$ satu periode atau kelipatannya. Dua syarat sering terlewat. Pertama, tang memiliki tanda panah arah arus; tang yang terbalik memberi $P$ negatif dan faktor daya yang salah tanda. Kedua, tang dan kabel tegangan harus berasal dari fasa yang sama; tang di L1 dengan tegangan L2 memberi sudut yang bergeser 120° dan faktor daya yang tidak bermakna.

Tiga fasa empat kawat. Pada sistem bintang dengan netral, daya total adalah jumlah tiga elemen ukur, masing-masing dengan arus satu fasa dan tegangan fasa-netral yang sama, sehingga $P = P_1 + P_2 + P_3$. Cara ini benar untuk beban seimbang maupun tidak. Mengukur satu fasa lalu mengalikan tiga hanya benar untuk beban seimbang.

Tiga fasa tiga kawat: metode dua wattmeter. Pada sistem tanpa netral, dua elemen cukup. Setiap elemen memakai arus satu konduktor dan tegangan dari konduktor itu ke konduktor ketiga yang sama, misalnya $I_1$ dengan $U_{13}$ dan $I_2$ dengan $U_{23}$. Jumlah bacaan memberi daya total untuk beban seimbang maupun tidak. Untuk beban seimbang dengan tegangan dan arus sinus, selisih bacaan memberi daya reaktif:

$$P = W_1 + W_2, \qquad Q = \sqrt{3}\,(W_1 - W_2), \qquad \tan\varphi = \frac{\sqrt{3}\,(W_1 - W_2)}{W_1 + W_2}$$

Tanda $Q$ ini berlaku untuk urutan positif dengan penomoran seperti di atas; pada urutan negatif kedua bacaan bertukar peran. Pada beban seimbang dengan faktor daya di bawah 0,5, salah satu bacaan menjadi negatif; itu bukan kesalahan sambungan. Silabus instrumen di korpus melatih verifikasi pf meter tiga fasa dari bacaan voltmeter, amperemeter, dan wattmeter; pemeriksaan silang semacam ini menangkap tang yang terbalik.

Faktor daya dan THD. Alat analisis menampilkan faktor daya total $\lambda$ dan faktor daya pergeseran $\cos\varphi_1$; bedanya dijelaskan pada bab daya AC. Distorsi harmonik total arus dinyatakan dengan dua acuan yang berbeda, dan PUIL 2020 Bagian 8-1 mencantumkan keduanya: THD terhadap komponen dasar dan THD-R terhadap nilai efektif total.

$$\mathrm{THD}_I = \frac{\sqrt{\sum_{h\ge2} I_h^2}}{I_1}, \qquad \mathrm{THD\text{-}R}_I = \frac{\sqrt{\sum_{h\ge2} I_h^2}}{I}, \qquad \lambda = \frac{\cos\varphi_1}{\sqrt{1+\mathrm{THD}_I^2}}$$

Rumus terakhir berlaku bila tegangan sinus. Arus catu elektronik dengan THD 80 % memiliki THD-R $0{,}8/\sqrt{1{,}64} = 62{,}5$ %; angka 80 % dan 62,5 % menggambarkan gelombang yang sama. Laporan yang tidak menyebut acuannya tidak dapat dibandingkan.

Gawai ukur daya terpasang. PUIL 2020 Bagian 8-1, 8.3.1.3, mengelompokkan gawai ukur dan monitor daya (PMD) menurut IEC 61557-12 menjadi PMD-1 (efisiensi energi), PMD-2 (pemantauan daya dasar), dan PMD-3 (pemantauan lanjutan), serta meminta pengukuran per fasa bila dapat diterapkan; isi minimal tiap PMD dirinci pada keterangan Gambar 3, yaitu PMD-1 sekurangnya energi aktif, PMD-2 menambah P, Q, S, frekuensi, arus, tegangan, dan faktor daya, dan PMD-3 menambah THD. Klasifikasi PMD menyatakan fungsi, bukan ketelitian. Ketelitian dinyatakan dengan kelas akurasi (disebut juga kelas kinerja) menurut IEC 61557-12, dan Tabel 2 Bagian 8-1 meminta kelas akurasi energi aktif ≤ 1 di titik masuk instalasi dan ≤ 2 di panel utama, antara, dan akhir. PUIL 2020 mengacu IEC 61557-12:2007, sedangkan edisi IEC yang berlaku 2018+AMD1:2021. Klausul 8.3.4.1 meminta sensor arus dipilih menurut IEC 61869-2 dengan kelas akurasi setara atau lebih baik (angka kelas sama atau lebih kecil) dari kelas akurasi meternya, karena ketelitian sistem ditentukan gabungan keduanya.

Mengukur di keluaran VFD. Buku ajar instalasi motor jilid 2 di korpus menguji VFD dengan memasang probe alat analisis kualitas daya pada terminal keluaran VFD, lalu mencatat tegangan, arus, dan THD pada 10–60 Hz. Tegangan keluaran VFD berupa pulsa termodulasi dengan frekuensi dasar berubah, sehingga alat harus dinyatakan pabriknya mampu mengukurnya, dan THD tegangan di titik itu bukan kualitas suplai. Buku itu memasang probe setelah VFD dijalankan; lebih aman sambungan ukur dipasang saat bebas tegangan, dengan mengingat kapasitor rangkaian DC VFD masih bertegangan beberapa saat setelah suplai diputus.

Penguji urutan fasa

Urutan fasa menentukan arah putar motor induksi, dan menukar tepat dua konduktor lin membalik arahnya. Penguji jenis kontak disambung ke tiga konduktor lin dan menunjukkan urutan dengan cakram berputar, lampu, atau tampilan elektronik; jenis tanpa kontak memakai tiga penjepit pada konduktor berisolasi. Kedua jenis dipasang pada konduktor bertegangan, sehingga pelaksananya personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai titik ukur dan APD. Standarnya IEC 61557-7:2019 (edisi 3.0) dengan AMD1:2023.

Pratinjau teks IEC 61557-7:2019 memuat persyaratan yang berguna untuk tafsir. Indikasi harus tegas pada 85–110 % tegangan nominal dan 95–105 % frekuensi nominal. Alat tidak boleh menampilkan indikasi urutan yang sah bila konduktor lin terbuka, tersambung ke netral atau PE, dua kabel ukur berada pada fasa yang sama, atau sistem sangat tidak seimbang. Alat untuk sistem distribusi harus sekurang-kurangnya CAT III; CAT II hanya untuk kotak kontak.

Arti "benar" perlu diluruskan: alat menunjukkan urutan positif atau negatif terhadap kabel ukur yang berlabel L1, L2, dan L3. Buku ajar instalasi di korpus menyebut putaran indikator berlawanan jarum jam sebagai urutan "salah" dan meminta susunan terminal sumber diubah sampai searah jarum jam. Urutan negatif hanya salah bila menyimpang dari urutan acuan yang sudah ditetapkan fasilitas; perbaikannya menukar dua konduktor pada titik yang ditetapkan gambar kerja, dalam keadaan bebas tegangan dan terverifikasi.

Arah putar dipastikan sebelum kopling dipasang, karena sebagian mesin rusak bila berputar terbalik walau sebentar. Ada tiga jalan: urutan fasa suplai diukur lalu digabung dengan konvensi penandaan terminal IEC 60034-8; motor yang belum dikopel dijalankan sesaat saat komisioning, yang urutannya ada di Bab 52; atau penguji arah putar motor membaca arah dari tegangan kecil yang timbul saat poros motor tanpa suplai diputar dengan tangan. Silabus instrumen di korpus melatih penguji ini.

Contoh kerja: arus tiga fasa motor setrika gulung dibandingkan dengan pelat nama

Kembali ke setrika gulung di awal bab. Pelat nama motor menyebut 5,5 kW, 400 V Δ, 11,0 A, 50 Hz, dan efisiensi 88 %. Pengukuran dilakukan oleh personel kompeten dengan tang dan alat analisis berkategori ukur sesuai PHB mesin, dengan APD, dan pada beban kerja yang stabil. Hasilnya: $I_1 = 10{,}2$ A, $I_2 = 11{,}4$ A, $I_3 = 9{,}9$ A; $U_{12} = 402$ V, $U_{23} = 398$ V, $U_{31} = 395$ V; daya aktif total 6,1 kW. Semua angka ini ilustrasi.

Langkah 1: ketidakseimbangan arus. Definisi persen ketidakseimbangan dan mekanisme pemanasannya ada pada bab beban tak seimbang; di sini dipakai definisi NEMA seperti pada lembar tip Departemen Energi AS, yaitu simpangan terbesar dari rata-rata dibagi rata-rata, yang lazim dipakai juga untuk arus. Alat analisis kualitas daya biasanya menampilkan ketidakseimbangan tegangan menurut definisi IEC (urutan negatif terhadap urutan positif), yang untuk ketidakseimbangan kecil memberi angka berdekatan.

$$\bar{I} = \frac{10{,}2 + 11{,}4 + 9{,}9}{3} = 10{,}5\ \text{A}, \qquad K_I = \frac{11{,}4 - 10{,}5}{10{,}5}\times100\,\% = 8{,}6\,\%$$

Alasannya: pemanasan motor ditentukan oleh fasa terberat dan oleh komponen urutan negatif arus, bukan oleh rata-ratanya.

Langkah 2: ketidakseimbangan tegangan.

$$\bar{U} = \frac{402 + 398 + 395}{3} = 398{,}3\ \text{V}, \qquad K_U = \frac{402 - 398{,}3}{398{,}3}\times100\,\% = 0{,}92\,\%$$

Simpangan terbesar 3,7 V ada pada $U_{12}$. Lembar tip yang sama menyatakan ketidakseimbangan arus dapat mencapai 6 sampai 10 kali ketidakseimbangan tegangan, dan menganjurkan ketidakseimbangan tegangan di terminal motor tidak melebihi 1 %.

Langkah 3: bandingkan kedua rasio. $K_I/K_U = 8{,}6/0{,}92 = 9{,}3$. Rasio ini masih dalam rentang 6–10, sehingga ketidakseimbangan arus dapat dijelaskan oleh ketidakseimbangan suplai. Bila arusnya 10,2 A, 12,6 A, dan 8,7 A dengan tegangan yang sama, rata-ratanya tetap 10,5 A tetapi $K_I = 2{,}1/10{,}5 = 20$ % dan rasionya 21,7. Rasio jauh di atas 10 mengarahkan kecurigaan ke motor atau sambungannya, misalnya terminal kendur, kontak kontaktor aus, atau belitan yang rusak. Rasio ini petunjuk, bukan batas: bila $K_U$ di bawah sekitar 1 %, simpangan beberapa volt akibat galat alat atau naik-turun suplai sudah mengubahnya banyak, sehingga keputusan diambil dari uji rotasi sambungan.

Langkah 4: bandingkan dengan pelat nama. Rata-rata 10,5 A berada 4,5 % di bawah 11,0 A, tetapi $I_2 = 11{,}4$ A berada 3,6 % di atasnya. Daya masukan pengenal $5\,500/0{,}88 = 6\,250$ W, dan daya terukur 6,1 kW adalah 98 % darinya, jadi motor bekerja hampir pada beban penuh. Faktor daya terukur $\lambda = 6\,100/(\sqrt{3} \times 398{,}3 \times 10{,}5) = 6\,100/7\,244 = 0{,}84$. Bacaan satu konduktor 10,2 A yang dipakai teknisi di awal bab kebetulan berasal dari fasa yang lebih ringan.

Langkah 5: tafsir dan tindakan. Rumus lembar tip $1 + 2K_U^2/100$ ($K_U$ dalam persen) memberi $1 + 2 \times 0{,}92^2/100 = 1{,}017$: kenaikan suhu di atas suhu ruang sekitar 1,7 % lebih besar daripada keadaan seimbang. Pengaruh ini kecil. Motor bekerja hampir pada beban penuh dengan satu fasa 3,6 % di atas arus pengenal, tetapi relai beban lebih yang sehat dan disetel 11,0 A tidak diharapkan memutus pada 1,036 kali arus setelan: standar relai beban lebih IEC 60947-4-1 menetapkan relai tidak memutus pada 1,05 kali arus setelan dan baru wajib memutus dalam dua jam pada 1,2 kali. Angka siang ini belum menjelaskan pemutusan sore hari. Kemungkinannya arus fasa terberat naik di atas kira-kira 1,05–1,2 kali setelan pada sore hari, setelan relai lebih rendah dari arus pelat nama, atau karakteristik relai menyimpang. Relai belum terbukti rusak.

Langkah berikutnya: arus ketiga fasa direkam sepanjang sore dengan fungsi min-maks atau perekam, setelan relai dicocokkan dengan 11,0 A, tegangan suplai diukur tanpa beban motor ini, dan bila perlu dilakukan uji rotasi sambungan, yaitu ketiga konduktor suplai digeser satu posisi secara siklik pada keadaan bebas tegangan, yang tidak mengubah arah putar, lalu arus diukur lagi. Bila arus tertinggi ikut berpindah bersama konduktor suplai, sumbernya di suplai; bila tetap pada terminal motor yang sama, sumbernya di motor atau sambungannya. Pemakaian hasil ini pada setelan relai dibahas pada bab proteksi motor.

Contoh kerja: arus bocor sirkit mesin cuci dengan tang L dan N bersama

RCD 30 mA di ruang cuci melayani sirkit satu fasa mesin cuci berpenggerak VFD dan sirkit pengering kecil, dan sesekali memutus saat mesin cuci memasuki putaran peras. Personel kompeten mengukur dengan tang arus bocor beresolusi 0,01 mA berkategori ukur sesuai, dengan APD, pada konduktor berisolasi yang pelindung bagian bertegangan di sekitarnya tetap terpasang. Angka berikut ilustrasi.

Langkah 1: pastikan susunan jepitan. L dan N sirkit mesin cuci dijepit bersama, tanpa PE. Saat mesin diam dengan kontrol menyala, tang membaca 2,1 mA. Bacaan dalam orde ampere berarti hanya satu konduktor masuk rahang atau netral sirkit ini dipakai bersama sirkit lain, dan harus diselesaikan sebelum angka ditafsirkan.

Langkah 2: ukur sepanjang siklus. Saat putaran peras, bacaan naik ke 5,8 mA; dengan filter frekuensi rendah dinyalakan, bacaan 3,1 mA, sehingga hampir separuhnya komponen frekuensi tinggi dari VFD. Pengering membaca 3,9 mA saat bekerja.

Langkah 3: jumlahkan arus bocor di hilir RCD. Terburuk: $5{,}8 + 3{,}9 = 9{,}7$ mA. Pembanding BS 7671 adalah $0{,}3 \times 30 = 9$ mA, dan ambang terendah tempat RCD boleh mulai memutus $0{,}5 \times 30 = 15$ mA. Arus bocor saat operasi normal terberat sudah melewati pembanding 30 %, dan tambahan sesaat saat filter mesin terhubung atau motor berakselerasi dapat membawanya ke daerah 15 mA, konsisten dengan pemutusan saat peras. Penjumlahan aritmetika ini konservatif, karena arus bocor dua peralatan tidak selalu sefase; menjepit semua konduktor aktif di sisi keluar RCD langsung memberi jumlah fasornya sebagai pembanding.

Langkah 4: periksa jalur kembalinya. PE mesin cuci dijepit sendiri dan membaca 5,5 mA saat peras. Selisih $5{,}8 - 5{,}5 = 0{,}3$ mA kembali lewat jalur lain, misalnya pipa air atau rangka yang menempel ke lantai basah, dan dicatat sebagai jalur tak sengaja.

Langkah 5: tafsir dan tindakan. RCD tidak rusak; ia bekerja dalam batasnya terhadap arus bocor gabungan yang terlalu besar. Tindakan yang masuk akal adalah memisahkan kedua mesin ke RCD masing-masing dan membandingkan arus bocor mesin cuci dengan data pabrik; mengganti RCD dengan yang kurang peka atau melepasnya bukan pilihan. Tipe RCD untuk arus bocor frekuensi tinggi dan komponen searah VFD dibahas pada bab RCD dan bab instalasi VFD. Bila arus bocor satu peralatan naik dari catatan sebelumnya tanpa perubahan beban, isolasinya diuji; caranya dibahas pada bab uji resistansi isolasi. Sisi mesin dibahas pada bab washer-extractor di rak Laundry.

Contoh kerja lapangan

Contoh di bawah memakai rumus bab ini; angka keadaan yang bukan dari sumber ditandai angka latihan, dan hitungannya dicatat di peta sumber pengembangan. Semua pengukuran dilakukan personel kompeten dengan tang dan alat analisis berkategori ukur sesuai titik ukur, dengan APD.

Contoh 1: daya mesin pencuci piring dapur hotel. Alat analisis pada sirkit satu fasa mesin pencuci piring membaca 228 V, 14,1 A, dan daya aktif minus 2,90 kW (angka latihan). Tanda minus berarti panah tang terbalik terhadap arah arus; setelah tang dibalik, daya terbaca 2,90 kW.

$$\lambda = \frac{P}{V\,I} = \frac{2\,900}{228 \times 14{,}1} \approx 0{,}90$$

Angka 0,90 cocok dengan beban campuran pemanas dan pompa. Faktor daya dari tang terbalik tidak dicatat.

Contoh 2: daya PHB dapur tiga fasa empat kawat. Tiga elemen ukur di PHB dapur hotel membaca 8,2; 5,1; dan 6,4 kW (angka latihan).

$$P = P_1 + P_2 + P_3 = 8{,}2 + 5{,}1 + 6{,}4 = 19{,}7\ \text{kW}$$

Bila hanya L1 diukur lalu dikalikan tiga, hasilnya 24,6 kW, sekitar 25 % terlalu tinggi; dari L2 hasilnya 15,3 kW, sekitar 22 % terlalu rendah. Pada beban dapur yang tak seimbang, ketiga elemen selalu diukur.

Contoh 3: faktor daya catu elektronik ruang server rumah sakit. Alat analisis pada sirkit ruang server rumah sakit menampilkan $\cos\varphi_1$ = 0,98 dan THD arus 120 % (angka latihan). Dengan tegangan dianggap sinus:

$$\lambda = \frac{0{,}98}{\sqrt{1 + 1{,}2^2}} \approx 0{,}63, \qquad \mathrm{THD\text{-}R}_I = \frac{1{,}2}{\sqrt{1 + 1{,}2^2}} \approx 77\ \%$$

Angka 0,98 tidak dipakai untuk menaksir kVA sirkit; yang menentukan arus dan panas kabel adalah faktor daya total 0,63. Laporan menyebut acuan THD yang dipakai.

Contoh 4: bacaan negatif pada metode dua wattmeter. Motor blower pengering laundry hotel yang bekerja hampir tanpa beban diukur dengan dua elemen: $W_1$ = 3,0 kW dan $W_2$ = minus 0,6 kW (angka latihan, beban seimbang, urutan positif).

$$P = 3{,}0 - 0{,}6 = 2{,}4\ \text{kW}, \qquad Q = \sqrt{3}\,\bigl(3{,}0 - (-0{,}6)\bigr) \approx 6{,}24\ \text{kvar}, \qquad \tan\varphi = \frac{6{,}24}{2{,}4} = 2{,}6$$

Sudutnya sekitar 68,9° dan faktor dayanya sekitar 0,36, di bawah 0,5, sehingga bacaan negatif itu sah. Tang tidak ditukar; yang dicatat adalah motor yang bekerja jauh di bawah bebannya.

Kondisi berhenti

Pengukuran dihentikan, atau tidak dimulai, dalam keadaan berikut:

1. Tang, sensor, atau kabel uji retak, pelindung jarinya hilang, rahangnya tidak menutup, atau kategori ukurnya lebih rendah dari titik ukur.
2. Satu-satunya cara menjepit adalah memasukkan rahang di antara rel atau terminal telanjang yang berdekatan, atau sensor tidak bersimbol aman untuk konduktor tak berisolasi. Pengukuran diganti dengan sensor yang dipasang saat bebas tegangan atau trafo arus terpasang.
3. Penutup PHB harus dibuka tanpa personel kompeten, APD, atau ruang kerja aman, atau alat analisis akan disambung ke keluaran VFD tanpa pernyataan pabrik bahwa alat itu mampu mengukurnya.
4. Arus sisa sirkit (L+N) mendekati separuh arus operasi sisa pengenal RCD, atau arus bocor satu peralatan naik tajam dari catatan sebelumnya: peralatan dikeluarkan dari operasi sampai isolasinya diperiksa.
5. Bacaan L+N dalam orde ampere: diperlakukan sebagai temuan netral bersama atau salah sambung, bukan angka arus bocor.
6. Penguji urutan fasa tidak memberi indikasi sah: motor tidak dijalankan sampai penyebabnya ditemukan.
7. Arus satu fasa motor jauh di atas pelat nama, atau ketidakseimbangan arus jauh melebihi 10 kali ketidakseimbangan tegangan, disertai panas, bau, atau bunyi tidak normal: motor dihentikan dan diperiksa dalam keadaan bebas tegangan.

Salah tafsir yang sering terjadi

"Jepit saja kabelnya." Sebagian buku ajar menulis langkah menjepit "kabel listrik yang diinginkan" tanpa menyebut satu konduktor. Kabel utuh berisi L dan N memberi bacaan mendekati nol pada sirkit sehat, karena rahang menjumlah arus pergi dan pulang.

"Netral tidak perlu diukur." Lembar praktikum di korpus menutup langkah ukur arus tiga fasa dengan catatan bahwa netral tidak diukur. Arus netral adalah informasi diagnosis: ketidakseimbangan beban dan harmonisa kelipatan tiga terlihat di sana.

"Indikator berputar berlawanan jarum jam berarti urutan fasa salah." Materi dan soal penilaian di korpus mengajarkan pernyataan ini. Penguji hanya menunjukkan urutan terhadap label kabel ukurnya; salah atau benar ditentukan terhadap urutan acuan fasilitas dan kebutuhan mesin.

"Tang tidak menyentuh konduktor, jadi kategori ukur tidak penting." Rahang bekerja di dekat bagian bertegangan. IEC 61010-2-032 mengatur keselamatan sensor arus secara tersendiri: rahang diberi tegangan pengenal dan kategori ukur terhadap konduktor yang dijepit, dan terminal tegangannya tunduk pada kategori ukur seperti alat lain.

Hubungan dengan bab lain

Prasyaratnya Bab 1, bab arus bolak-balik, daya AC, sistem tiga fasa, beban tak seimbang, transformator, keselamatan alat ukur, dan multimeter digital. Lanjutannya bab uji resistansi isolasi, uji pembumian dan RCD, proteksi motor, metode pengasutan motor, harmonisa, RCD, dan instalasi VFD. Bab 52 memakai pengukuran arus dan arah putar sebagai bukti komisioning.

Latihan dan pembahasan

Tuliskan rumus, satuan, dan asumsi. Angka dalam soal adalah data latihan, dan setiap pengukuran dianggap dilakukan oleh personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD.

1. Motor pompa 4 kW dengan pelat nama 8,2 A pada beban stabil terbaca 7,6 A, 8,0 A, dan 8,9 A; tegangan salurannya 401 V, 399 V, dan 397 V. Hitung ketidakseimbangan arus dan tegangan, rasionya, dan simpangan fasa terberat terhadap pelat nama. Ke mana kecurigaan diarahkan?
2. Motor seimbang pada sistem tiga kawat diukur dengan metode dua wattmeter: $W_1 = 5{,}2$ kW dan $W_2 = 2{,}1$ kW. Hitung P, Q, dan faktor daya. Apa arti bila salah satu bacaan negatif?
3. Tang arus bocor yang menjepit L dan N sirkit mesin pengering satu fasa yang dilindungi RCD 30 mA membaca 14 A, dan RCD tidak memutus. Pilih tafsir yang paling tepat: (a) arus bocor 14 A, RCD rusak karena tidak memutus; (b) susunan jepitan salah atau netral sirkit dipakai bersama sirkit lain; (c) bacaan wajar untuk pengering berdaya besar. Jelaskan.
4. Arus kendali sebuah katup solenoid terlalu kecil untuk dibaca tang dengan jelas. Konduktornya dililitkan 10 kali melalui rahang dan tang membaca 3,52 A. Berapa arus sebenarnya, dan syarat apa yang harus dipenuhi?
5. Setelah PHB laundry diganti, penguji urutan fasa yang kabelnya dipasang sesuai label L1, L2, L3 baru menunjukkan urutan negatif, padahal semua motor berputar benar. Di PHB lain, penguji yang sama tidak menampilkan indikasi apa pun. Tafsirkan kedua keadaan.
6. Tang dengan fungsi arus asut membaca 43 A saat motor 8,2 A diasut langsung, dan fungsi tahan puncak membaca 118 A. Hitung rasio arus asut terhadap arus pengenal dan rasio bacaan puncak terhadap puncak sinus dari 43 A. Mengapa keduanya berbeda?

Kunci jawaban beralasan

1. $\bar{I} = (7{,}6 + 8{,}0 + 8{,}9)/3 = 8{,}17$ A; simpangan terbesar $8{,}9 - 8{,}17 = 0{,}73$ A; $K_I = 0{,}73/8{,}17 = 9{,}0$ %. $\bar{U} = 399$ V; simpangan terbesar 2 V; $K_U = 2/399 = 0{,}50$ %. Rasio $9{,}0/0{,}50 = 18$, jauh di atas rentang 6–10, sehingga ketidakseimbangan suplai kemungkinan besar tidak cukup menjelaskannya, walaupun pada $K_U$ sekecil 0,5 % rasio ini peka terhadap galat ukur tegangan. Kecurigaan diarahkan ke motor atau sambungannya, dan uji rotasi sambungan dalam keadaan bebas tegangan yang memutuskan. Fasa terberat $8{,}9/8{,}2 = 1{,}085$, yaitu 8,5 % di atas pelat nama.
2. $P = 5{,}2 + 2{,}1 = 7{,}3$ kW; $Q = \sqrt{3} \times (5{,}2 - 2{,}1) = 5{,}37$ kvar; $S = \sqrt{7{,}3^2 + 5{,}37^2} = 9{,}06$ kVA; $\lambda = 7{,}3/9{,}06 = 0{,}81$. Cek: $\tan\varphi = 5{,}37/7{,}3 = 0{,}736$, $\varphi = 36{,}3°$, $\cos\varphi = 0{,}81$. Bacaan negatif pada beban seimbang berarti faktor daya di bawah 0,5 (sudut di atas 60°); jumlah aljabar kedua bacaan tetap daya total.
3. Jawaban (b). Pada L dan N yang dijepit bersama, arus beban saling meniadakan, sehingga 14 A berarti arus pulang tidak lewat netral yang dijepit: hanya satu konduktor masuk rahang, atau netral sirkit ini membawa arus sirkit lain. Pilihan (a) keliru karena arus sisa 14 A pasti memutus RCD 30 mA yang berfungsi; bila RCD tidak memutus, yang terukur bukan arus sisa. Pilihan (c) keliru karena daya beban tidak muncul dalam jumlah L+N. Temuan ini masuk kondisi berhenti.
4. $I = 3{,}52/10 = 0{,}352$ A. Syaratnya semua lilitan melewati rahang dengan arah yang sama, rahang menutup rapat, dan lilitan dibuat pada keadaan bebas tegangan sebelum sirkit dihidupkan.
5. Keadaan pertama: urutan negatif terhadap label baru berarti label L1, L2, L3 di PHB baru tidak mengikuti urutan acuan, atau motor-motor sudah pernah dibetulkan di terminalnya terhadap urutan lama. Selama motor berputar benar, tidak ada yang ditukar coba-coba; urutan acuan ditetapkan, label dan gambar diperbaiki, lalu dicatat. Keadaan kedua: penguji menurut IEC 61557-7 tidak menampilkan indikasi sah bila konduktor lin terbuka, tersambung ke netral atau PE, atau dua kabel ukur di fasa yang sama; ini kondisi berhenti.
6. $43/8{,}2 = 5{,}2$ kali arus pengenal. Puncak sinus dari 43 A adalah $\sqrt{2} \times 43 = 60{,}8$ A, sedangkan tahan puncak 118 A, yaitu $118/60{,}8 = 1{,}94$ kali. Tahan puncak menangkap nilai sesaat siklus pertama yang memuat komponen searah sementara; sebagian selisih juga karena 43 A adalah nilai efektif rata-rata jendela, lebih kecil dari arus simetris siklus pertama. Yang dibandingkan dengan lembar data dan karakteristik pengaman adalah nilai efektif arus asut.

Referensi