C165-170 Wahyu K - Repository IST AKPRIND

Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014
Yogyakarta, 15 November 2014
ISSN: 1979-911X
ALAT KONTROL KESINAMBUNGAN DAYA OTOMATIS
AKIBAT ADANYA BEBAN LEBIH
Wahyu K. Raharja1, Any K. Yapie2, Firdaus O. Utama3
1,2,3
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Gunadarma
e-mail:[email protected], 2 [email protected],
3
[email protected]
ABSTRACT
Often occurs in power consumption that exceeds the installed power in the home, resulting in
power loss suddenly. So that we need a tool to detect excessive electrical loads. This tool can be an
alternative to maintaining the continuity of electricity supply, to avoid electrical overload. This tool
was made using the Arduino Uno board as a controller and flow sensor as measuring the flow of
electricity. This system can detect changes of electrical flow in the circuit of the electrical installation.
The Automatic Continuity Control of Power tool was composed by blocks of input (sensors and
keypads), block of process (Arduino Uno board), drivers block, and block of output (circuit simulation
and LCD viewer). Based on the test results of load shedding, this tool can function properly to
shutdown the electrical load which has a low priority.
Keywords - Automatic Power Continuity Control, Flow Sensors ACS758, Load Shedding
PENDAHULUAN
Listrik menjadi bagian yang tidak dapat dipisahkan dari kehidupan masyarakat modern. Listrik
sangat luas pemanfaatannya dalam bidang industri, perkantoran hingga perumahan. Hampir semua
peralatan rumah berbasis tenaga listrik, seperti pompa air, kulkas, lampu penerangan, pendingin
ruangan, televisi dan peralatan elektronik lainnya.
Pasokan listrik yang diberikan oleh PLN untuk perumahan terbatas tergantung daya terpasang
yang dimiliki oleh rumah tersebut. Tetapi seringkali kebutuhan listrik yang digunakan oleh pemilik
rumah terlalu besar melebihi kapasitas daya terpasang, sehingga sering terjadi padamnya listrik secara
mendadak. Agar listrik yang digunakan tidak padam saat digunakan akibat beban terlalu besar
biasanya pemilik rumah menambahkan daya pada PLN, tetapi untuk menambah daya itu harus
membayar dengan harga yang cukup mahal untuk pemasangan dan penambahan daya pada meteran,
belum lagi membayar PPN yang lebih mahal sehingga tidak semua pemilik rumah dapat
menambahkan listrik dengan mudah.
Beberapa peralatan listrik memiliki ketergantungan yang tinggi terhadap kesinambungan
tersedianya energi listrik, salah satunya adalah Komputer. Berbeda pada kebanyakan peralatan
berbasis listrik lain, dalam mematikan komputer harus melalui prosedur yang telah tersedia dalam
sistem operasi komputer itu sendiri yaitu prosedur shut down. Seandainya komputer mati secara tibatiba karena padamnya listrik, maka berpotensi menimbulkan kerugian diantaranya hilangnya data kerja
karena belum disimpan secara sempurna, permasalahan pada salah satu perangkat lunak atau program
yang sedang bekerja, atau masalah lain yang lebih serius.
Seringkali terjadi listrik dirumah padam secara tiba tiba disebabkan oleh masuknya beban listrik
yang mempunyai arus awal yang besar, misalnya menghidupkan pompa air, pendingin ruangan,
pemanas listrik dan peralatan lainnya saat keadaan konsumsi listrik waktu itu hampir mendekati daya
maksimum yang tersedia. Maka dalam beberapa keadaan pemilik rumah seringkali mematikan beban
listrik yang lain sebelum menghidupkan beban listrik yang besar dengan tujuan agar tidak
menyebabkan listrik padam.
Tindakan melepaskan beban lain dengan tujuan mengamankan kesinambungan tersedianya
listrik dikenal sebagai load shedding [Karim K., 2008]. Dalam sistem pembangkitan listrik besar,
load shedding merupakan suatu bentuk tindakan pelepasan beban yang terjadi secara otomatis ataupun
manual untuk pengamanan operasi dari Unit-unit pembangkit dari kemungkinan terjadinya padam
total (Black out). Pelepasan beban secara otomatis dilakukan dengan melihat kondisi sumber daya
C-165
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014
Yogyakarta, 15 November 2014
ISSN: 1979-911X
pembangkit yang beroperasi tidak mencukupi kebutuhannya (kemampuan pembangkitan lebih kecil
daripada kebutuhan beban listrik) [Sofwan A., 2009].
Agar semua kondisi yang tidak diinginkan tidak terjadi, seperti hilangnya dokumen kerja yang belum
disimpan ketika menyalakan komputer, rusaknya komponen komputer yang digunakan dan yang
lainnya, maka penelitian ini mencoba mengadaptasi metode yang diterapkan pada industri listrik ke
sistem listrik perumahan dengan membuat penelitian yang berjudul Alat Kontrol Kesinambungan
Daya Otomatis terhadap Beban Lebih Menggunakan Mikrokontroler Arduino Uno
METODE
Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Hardware yang terdiri dari : 1) berupa Current Sensor ACS758; 2) keypad; 3) mikrokontroler
Arduino UNO; 4) lampu pijar 60W; 5) Penampil LCD 2x16
2. Software : Code Vision AVR
Adapun tahapan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
Persiapan
Pengujian Dan
Analisa Data
Perancangan
Kesimpulan
Gambar 1. Alur Tahapan Penelitian
Alat ini dibagi menjadi dua rangkaian yaitu rangkaian pengendali dan rangkaian beban. Blok
diagram rancangan peralatan ditunjukan seperti Gambar 2.
Gambar 2. Blok diagram Alat Kontrol Kesinambungan Daya Otomatis
PERANCANGAN RANGKAIAN PENGENDALI
Blok Sumber Tegangan (Catu Daya), sumber tegangan yang biasa disebut catu daya berfungsi
untuk mengaktifkan komponen rangkaian pengendali dan rangkaian utama. Pada komponen rangkaian
pengendali ini diberi sumber tegangan sebesar 12 volt untuk mengaktifkan arduino dan coil relay.
Sedangkan untuk mengaktifkan rangkaian utama diberi sumber tegangan sebesar 220V.
Blok input berfungsi sebagai pemberi masukan pada rangkaian Alat Kontrol Kesinambungan
Daya Otomatis. Hasil dari data analog yang didapat oleh blok masukan selanjutnya akan diproses oleh
Mikrokontroler. Blok input yang dibangun terdiri dari sensor dan keypad.
Sensor, input pada rangkaian Alat Kontrol Kesinambungan Daya Otomatis berupa
sensor arus ACS75 [DF Robot, 2013], yang berfungsi untuk mengukur besar arus yang
C-166
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014
Yogyakarta, 15 November 2014
ISSN: 1979-911X
dipakai pada suatu rangkaian listrik atau dalam simulasi ini adalah instalasi listrik dirumah.
Penggunaannya menghubungkan sensor arus secara seri dengan kabel yan terhubung ke beban
listrik.
Gambar 3. Skematik dan Tampilan Sensor ACS758 [DF Robot, 2013]
Keypad berfungsi untuk mengatur batasan nilai arus yang akan dilewati pada kabel tersebut
untuk menentukan waktu proses terjadinya load shedding dan menentukan prioritas beban mana yang
akan di lepas terlebih dahulu jika listrik yang digunakan melebihi kapasitas pemutus tenaga (circuit
breaker). Keypad tersusun atas 6 buah tombol tekan yang dirangkai seperti gambar 4.
Gambar 4. Rangkaian Keypad
Blok proses, berfungsi untuk mengolah masukan yang diterima. Masukan data dari sensor arus
akan diolah berdasarkan program yang telah ditanamkan dalam mikrokontroler Arduino UNO
[Arduino, 2013]. Hasil olahan data tersebut akan dialihkan ke rangkaian selanjutnya sehingga dapat
mengetahui keluaranya berupa data yang akan tampil pada LCD dan matinya beban pada rangkaian
listrik utama tersebut.
Blok driver ini adalah blok driver relay[Dien Elcom, 2013]. Relay berfungsi menerima
perintah dari mikrokontroler untuk memberikan tegangan kepada koil, sehingga koil lepas dan beban
pada rangkaian utama mati atau terputus jika arus yang ditentukan melebihi kapasitas yang telah di
atur oleh mikrokontroler sehingga MCB tidak akan trip atau turun.
Pada blok output menggunakan penampil LCD 2x16 [DF Robot, 2013] yang berfungsi sebagai
tampilan berupa nilai arus dan sinyal perintah untuk load shedding. Gambar 7 menunjukkan tampilan
dari blok output.
Perancangan Rangkaian Beban, rangkaian beban yang merupakan kumpulan dari 14 buah
lampu pijar 60W yang disusun secara paralel seperti gambar 8. Beban – beban listrik dikelompokan
berdasarkan urutan prioritas. Tiap – tiap rangkaian yang sudah dikelompokan dihubungkan secara seri
dengan kontak relay dengan spesifikasi 220V AC/ 5A. Susunan rangkaian beban didasarkan pada
prioritas yang akan dipadamkan (shedding).
C-167
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014
Yogyakarta, 15 November 2014
ISSN: 1979-911X
Gambar 5. Skematik dan Tampilan Peralatan Arduino Uno pada Blok Proses
Gambar 6. Rangkaian driver
Gambar 7. Tampilan LCD 2x16 sebagai blok output
Prioritas pertama adalah 2 buah lampu pijar dipasang secara paralel, 3 buah lampu pijar
dipasang paralel pada beban prioritas ke dua, 4 buah lampu pijar dipasang paralel pada beban prioritas
ke tiga dan 5 buah lampu pijar dipasang paralel pada beban prioritas ke empat.
Gambar 8. Diagram skematik dan peralatan rangkaian beban pada blok output.
PEMBAHASAN
Pengujian dilakukan untuk mengetahui proses kerja alat yang dirancang dengan langkahlangkah seperti berikut ini ::
1. Awal mula rangkaian beban diberi tegangan sebesar 220V.Aktifkan MCB pada posisi ON,
kemudian tekan saklar untuk menghidupkan beban atau lampu pijar.
C-168
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014
Yogyakarta, 15 November 2014
ISSN: 1979-911X
2. Rangkaian pengendali diberi tegangan 12V dari adaptor. LCD aktif dan tekan keypad untuk
memilih batasan arus yang diinginkan agar terjadinya Alat Kontrol Kesinambungan Daya Otomatis
3. Pada layar LCD akan tampil kata “Alat Kontrol Kesinambungan Daya Otomatis ”, kemudian
tampil kata “Set Batas Arus”, untuk menentukan besar arus yang akan menjadi nilai maksimum
untuk Load Shedding bekerja, pada pengujian ini di set batas arus sebesar 2,5 Amper.
4. Sensor arus memberikan data digital berupa nilai besar Arus yang dilewati oleh kabel tersebut
kepada mikrokontroler dan menampilkannya pada layar LCD.
5. Pada layar LCD akan tampil kata “Current 2.5 A” yang merepresentasikan Alat Kontrol
Kesinambungan Daya Otomatis akan bekerja jika arus yang terdeteksi oleh sensor arus lebih dari
2,5 Amper.
Tabel 1. Hasil Pengujian Status Load Shedding (Beban yang diputus)
Pengujian
Kondisi Saklar ON
1
2
3
4
5
6
7
8
S1, S2, S3, S4
S2, S3, S4
S1, S3, S4
S1, S2, S4
S1, S4
S3, S4
S2, S4
S4
Nilai Arus (A)
Pada LCD
6,25
5,27
4,87
4,48
3,02
3,91
3,56
2,15
Beban yang
Diputus
A, B, C
B, C
A, C
A, B
A
C
B
-
Berdasarkan Tabel 1 menunjukkan hasil bahwa beban akas diputus jika nilai arus pada LCD
melebihi batas seting arus yang telah diberikan yaitu 2,5 A. Kondisi yang terjadi pada variasi
pengujian di tabel 2 dapat dijelaskan bahwa :
1. Jika beban yang digunakan lebih dari 2,5 Ampere maka beban yang ada pada prioritas 1 akan
mati dalam keadaan saklar On.
2. Jika beban D dengan prioritas ke 4 masih membutuhkan beban yang banyak maka beban
dengan prioritas ke2 akan di matikan, jika dengan matinya beban prioritas 1 dan ke 2 masih
membutuhkan daya, maka beban ke 3 pun akan mati secara otomatis.
3. Jika nilai beban telah kembali normal, maka beban C, B, dan A yang awalnya mati akan
hidup kembali secara otomatis sesuai prioritas penyalaan.
Sebagai contoh pada pengujian 1, semua beban (S1, S2, S3 dan S4) dihidupkan maka pada
layar LCD tampil nilai arus sebesar 6,25A, maka beban A, B, C yang dilepas (shedding) .
Pengukuran Prosesntasi Error antara Nilai Arus pada LCD dengan Clamp Current (Tang
Arus), pada bagian ini membahas tentang hasil pengamatan nilai arus yang error (kesalahan) pada
layar LCD terhadap nilai arus yang tampil pada clamp current (tang arus) berdasarkan skenario pada
tabel 2.
Tabel 2. Hasil Pengamatan nila Arus pada LCD dengan Tang Arus
Pengujian
Daya Terpasang
(WATT)
Kuat Arus (A)
Tampilan LCD
Kuat Arus (A)
Tampilan Tang Arus
Error (%)
1
1400
6,25
5,90
5,93
2
1200
5,27
5,10
3,33
3
1000
4,48
4,20
6,67
4
800
3,56
3,40
4,71
5
600
2,53
2,30
5,65
Perhitungan prosentase error hasil pengukuran nilai arus pada LCD terhadap Tang Arus
menggunakan persamaan berikut :
C-169
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014
Yogyakarta, 15 November 2014
%Error =
x 100 %
ISSN: 1979-911X
.......................................
Keterangan :
1) I (LCD) : nilai arus yang tertera pada LCD
2) I (Clamp) : , nilai arus yang tertera pada tang arus
3) P (Daya) : beban yang terpakai pada simulasi berdasarkan skenario.
Perhitungan prosentase rata-rata error (%Rata – rata error) menggunakan persamaan berikut :
%Rata – rata error =
........................................
(2)
Keterangan :
1)
2)
, jumlah total nilai error.
, jumlah total banyaknya skenario.
Berdasarkan tabel 2 menunjukkan hasil pengamatan nilai arus pada LCD terhadap clamp
current (tang arus) sehingga dapat diperoleh %Error dari perbedaan kedua hasil tersebut. Sebagai
contoh percobaan 1, beban yang digunakan sebanyak 1400watt, pada layar LCD tampil nilai arus
sebesar 6,25 A dan pada layar clamp current (tang arus) 5,90 A, jika dihitung dengan menggunakan
pers (1) diperoleh %error sebesar 5,93%. Berdasarkan lima pengujian dengan variasi nilai daya
terpasang diperoleh %rata-rata error sebesar 5,26% didasarkan pada persamaan (2).
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil perancangan, pembuatan dan pengujian alat ini telah berhasil dengan baik.
Alat Kontrol Kesinambungan Daya Otomatis tersusun atas blok input (sensor dan keypad), blok proses
(papan Arduino Uno), blok driver, blok output (rangkaian simulasi dan Penampil LCD). Berdasarkan
hasil pengujian simulasi load shedding, alat ini telah dapat bekerja dengan mematikan beban yang
mempunyai prioritas rendah. Sedangkan untuk Pengukuran Prosesntasi Error antara Nilai Arus pada
LCD dengan Clamp Current (Tang Arus) mengasilkan Error rata-rata sebesar 5,26%.
DAFTAR PUSTAKA
Arduino, 2013 , Product Arduio Board Uno,. <http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardUno>, diakses
tanggal 7 November 2013.
DF Robot, 2013, 50A Current Sensor, <http://www.dfrobot.com/wiki/index.php/50A_Current_Sensor
(SKU:SEN0098)>, diakses tanggal 2 November 2013
DF Robot, 2013, LCD Keypad Shield, , <http://www.dfrobot.com/wiki/index.php/
Arduino_LCD_KeyPad_Shield_(SKU:_DFR0009)>, diakses tanggal 18 November 2013
Dien Elcom, 2013, Fungsi dan jenis – jenis relay, <http://dien-elcom.blogspot.com/2012/08/fungsidan-jenis-jenis-relay.html>, diakses tanggal 7 November 2013,
Karim K., 2008, Pelepasan Beban Otomatis menggunakan ANN_CLBP_FLC pada System Tenaga
Listrik Industry Besar. Teknik Elektro ITS, Surabaya,
Miung, 2013 Pengertian dan fungsi MCB, <http://www.miung.com/2013/05/pengertian-dan-fungsimcb-miniature.html>, diakses tanggal 7 November 2013,
Ovianti K., 2012. Perancangan Prototipe Sistem Penerangan Otomatis Ruangan Berjendela
Berdasarkan Intensitas Cahaya. Fakultas Teknologi Informasi, Universitas Tarumanegara,
2012.
Sofwan A., 2009, Sistem Proteksi Terhadap Kestabilan Frekuensi untuk Pelepasan Beban Berbasis
Fuzzy Logic. Teknik Elektro PPS ISTN. Jakarta
C-170