BAB III PERANCANGAN ALAT

BAB III
PERANCANGAN ALAT
PERANCANGAN PERANGKAT KERAS
1.1
Diagram blok alat pengaman beban tidak seimbang digambarkan dalam
SUMBER 3ϕ 380 V
CT
Sensor
Arus
Sensor
Tegangan
Mikrokontroller
Arduino
Gambar 3.1 :
LCD 4x20
INPUT
PROSES
A
U
X
R
E
L
A
Y
Lampu
Indikator 1
Lampu
Indikator 2
Flash Buzzer
Flash Buzzer
& Shunt Trip
Coil
OUTPUT
Gambar 3.1 Perancangan perangkat keras alat pengaman beban tidak seimbang
Fungsi dari masing-masing komponen adalah sebagai berikut :
1. Sumber 380 V
Sumber tegangan yang terpasang pada PHB-TR. Sumber tegangan ini
digunakan sebagai input untuk deteksi tegangan pada ke-tiga fasa.
2. Current Transformer (CT)
Current Transformer atau CT berfungsi mentransformasikan nilai arus. CT
pada PHB-TR di hubungkan ke amperemeter untuk pembacaan pembebanan.
Pada penelitian ini CT digunakan sebagai input untuk mengukur besaran arus.
3. Sensor Tegangan
Pendeteksi tegangan yang digunakan adalah relay 220 Volt. Relay digunakan
sebagai input digital. Relay akan memberikan perubahan status melalui anak
kontak apabila kehilangan tegangan.
24
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
4. Sensor Arus
Pendeteksi arus yang digunakan adalah ACS-712. ACS-712 akan menerima
besaran arus yang sudah ditransformasikan melalui CT yang selanjutnya akan
diteruskan sebagai analog input pada arduino.
5. Mikrokontroler Arduino
Mikrokontroler arduino akan melakukan proses pengolahan data yang masuk
baik tegangan maupun arus.
6. Auxiliary Relay
Relay berfungsi sebagai proses eksekusi dari pengolahan data oleh
mikrokontroller arduino.
7. Lampu Indikator
Lampu Indikator berfungsi sebagai informasi hasil pengolahan data apabila
terjadi beban tidak seimbang.
8. Shunt Trip Coil
Shunt trip coil digunakan sebagai auxilary peralatan pengaman untuk memutus
rangkaian.
3.2 PERANCANGAN PERANGKAT LUNAK
Perancangan perangkat lunak pada penelitian ini adalah pemograman
mikrokontroller arduino. Pemograman mikrokontroller menggunakan bahasa C.
Variabel input yang digunakan pada penelitian ini menggunakan dua macam , yakni
sensor tegangan dan sensor arus. Proses pengolahan data kedua variabel input tersebut
untuk dijadikan perancangan alat beban tidak seimbang dijelaskan dalam bentuk
flowchart pada Gambar 3.2 dan Gambar 3.3.
25
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
Gambar 3.2 Pengolahan data variabel input sensor tegangan
26
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
Gambar 3.3 Pengolahan data variabel input sensor arus
3.2.1 Pengolahan Data Variabel Sensor Tegangan
Pada flowchart Gambar 3.2 menjelaskan tentang proses pengolahan data dengan
variabel input sensor tegangan pada perancangan alat beban tidak seimbang. Pada
proses ini dilakukan proses pengolahan data dengan tipe sinyal digital. Tegangan pada
masing masing phasa akan di deteksi keberadaaanya dengan menggunakan relai. Anak
kontak relai normally open (NO) akan menutup apabila koil dalam keadaan bertegangan
dan memberikan status ke mikrokotroller arduino. Jika tegangan fasa hilang maka koil
akan kehilangan tegangan sehingga anak kontak relay akan mengirimkan status
27
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
normally open (NO) ke board mikrokontroller arduino dan hasil pengolahan data
(ouput) akan menggerakkan auxiliary relay.
3.2.2 Pengolahan Data Variabel Sensor Arus
Pada proses pengolahan data dengan variabel input sensor arus digambarkan
pada Gambar 3.3. Pada proses ini dilakukan proses pengolahan data dengan tipe sinyal
analog. Arus akan di deteksi dan dibaca nilainya melalui sensor arus yakni ACS712.
Apabila arus memiliki nilai beda fasa dengan tiga keadaaan, yakni : 5% - 20% , 20% 80% dan lebih dari 80% ; maka akan menggerakkan auxiliary relay sesuai dengan level
yang telah dicapai.
3.3 HASIL PERANCANGAN
Hasil perancangan alat pengaman beban tidak seimbang pada trafo berbasis
arduino pada trafo distribusi dapat dilihat pada Gambar 3.4.
LCD 20X4
Flash Buzzer
& Lampu Indikator
Fuse Lebur
Auxiliary Relay
ACS-712
MCB 3 Phasa
Auto Changeover Relay
Sensor Tegangan/
Relay
Gambar 3.4 Alat pengaman beban tidak seimbang berbasis arduino pada trafo
distribusi
Cara kerja alat pengaman beban tidak seimbang pada trafo adalah pada saat alat
dinyalakan melalui MCB 3 phasa maka mikrokontoller akan mendeteksi adanya
tegangan dari masing masing fasa melalui anak kontak relai yang berstatus Normally
Closed. Pada saat terjadi hilang tegangan pada salah satu fasa atau dua fasa maka anak
kontak relai akan berstatus Normally Open dan di deteksi oleh mikrokontroller arduino.
28
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
Mikonktroller akan mengolah data dan memerintahkan kerja auxiliary relay untuk
membunyikan alarm flazh buzzer dan dengan waktu tunda akan memutus rangkaian
melalui shunt trip coil. Flash buzzer akan berhenti berbunyi apabila tegangan 3 phasa
yang masuk ke beban telah normal.
Selain kehilangan tegangan, peralatan dapat mendeteksi ketidak seimbangan
beban sesuai masing masing level. Arus pembebanan akan dideteksi oleh ACS-712
yang akan dikirimkan dan diolah datanya oleh mikrokontroller arduino. Apabila beban
tidak seimbang antara fasanya dengan deviasi 5% - 20% maka mikrokontroller arduino
akan memerintahkan kerja auxiliary relay untuk menyalakan lampu indikator berwarna
kuning. Apabila beban tidak seimbang antara fasanya dengan deviasi 20% - 80% maka
mikrokontroller arduino akan memerintahkan kerja auxiliary relay untuk menyalakan
lampu indikator berwarna kuning. Apabila beban tidak seimbang antara fasanya dengan
deviasi lebih dari 80% maka mikrokontroller arduino akan memerintahkan kerja
auxiliary relay untuk menyalakan lampu indikator Flash buzzer. Kesemua lampu
indikator akan berhenti menyala apabila pembebanan telah normal seimbang atau
maksimal toleransi maksimal 5%.
Alat beban tidak seimbang pada trafo distribusi dilengkapi dengan MCB dan
fuse lebur yang berfungsi sebagai pengaman beban lebih maupun hubung singkat
apabila terjadi di internal alat itu sendiri. Selain itu juga untuk mengantisipasi hilangnya
suplai untuk ke board mikrokontroller maka digunakan auto-changeover relay sehingga
pada saat salah satu fasa hilang atau dua fasa hilang maka tidak mengganggu suplai
pada peralatan. Skema diagram pengawatan ditunjukkan oleh Gambar 3.5.
29
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
Gambar 3.5 Rangkaian diagram pengawatan alat pengaman beban tidak seimbang
berbasis arduino
30
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
3.3.1 Cara Kerja Program
Pada tahap awal dilakukan pemasukan library yang dibutuhkan, yakni LCD
20x4 dengan I2C. Pada IC I2C ini merupakan sebuah alat untuk memangkas pin yang
dibutuhkan LCD menjadi 4 pin saja. Pin yang digunakan I2C ini adalah pin SCL dan
SDA.
Deklarasi tipe data dari variabel yang akan di ambil nilainya.
Nilai ‘teg1’, ‘teg2’, ‘teg3’, ‘arus1’, ‘arus2’, dan ’arus3’ adalah nilai yang
dideteksi dari sensor tegangan dan sensor arus yang terhubung melalui pin
mikrokontroller arduino mega. Pin-pin pada mikrokontroller arduino mega dilakukan
inisialisasi sesuai dengan kebutuhan input dan ouputnya.
Pin 3, 4 dan 5 adalah pin sebagai yang dihubungkan dengan sensor tegangan
yakni relay MK2P. Sedangkan pin 2, 6, 7, dan 8 adalah pin sebagai output yang
dihubungkan ke auxiliary relay untuk eksekusi tahap akhir.
Setelah sensor tegangan pada pin 3, 4, dan 5 bekerja mendeteksi ada atau
tidaknya status tegangan, maka ‘orout’ akan membandingkan ketiga nilai melalui
31
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
prinsip kerja gerbang logika OR. Jika ‘orout’ bernilai 0 maka sensor tegangan
mendeteksi tegangan tidak ada dan LCD akan menampilkan “LOSS” dan jika ‘orout’
bernilai 1 maka sensor tegangan mendeteski tegangan ada dan LCD akan menampilkan
“NORMAL”
Ketika terjadi hilang tegangan pada salah satu dan atau dua fasa, maka flash
buzzer diatur menyala pada detik ke-3 dan pada detik ke-10 akan memutus rangkaian
untuk mengamankan trafo.
Pada sensor arus yakni pin A0, A1 dan A2 akan mengolah hasil pembacaan
ADC. Untuk ‘arus1’ atau pin A0 akan diolah ‘getVPP1’. Untuk ‘arus2’ atau pin A1
akan diolah melalui ‘getVPP2’. Untuk ‘arus3’ atau pin A2 akan diolah melalui
‘getVPP3’.
32
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
33
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
Selanjutnya nilai ‘getVPP1’, ‘getVPP2’, dan ‘getVPP3’ akan diolah melalui
proses perhitungan aritmatik untuk mendapatkan nilai I dalam satuan Ampere RMS.
Nilai ketiga hasil arus yakni ‘Amps1RMS, ‘Amps2RMS’, ‘Amps3RMS’ akan
di rata-rata untuk dijadikan nilai tetap ‘Im’. Selisih arus antarfasa adalah hasil
pengurangan antara nilai ‘Im’ dengan masing masing ‘Amps1RMS’, ‘Amps2RMS’,
dan ‘Amps3RMS’ dalam bentuk absolut.
34
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
Nilai absolut dari deviasi arus antar fasa akan dipilih nilai yang selisihnya paling
tinggi (‘UIR’) dalam satuan persen dan selanjutnya akan dilakukan perintah ekseskusi
terhadapa pin ouput sesuai dengan level mana yang telah tercapai.
35
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
Untuk level deviasi beban tidak seimbang lebih dari 80% flash buzzer diatur
menyala pada detik ke-3 yang telah diatur pada tahap inisiliasi.
Nilai dari sensor tegangan yakni pin 3, 4, dan 5 dan nilai dari sensor arus yakni
pin A0, A1, dan A2 serta ketdiakseimbangan beban atau UIR (Unbalanced I ratio) akan
ditampilkan LCD 20x4.Arus yang terukur adalah dalam satuan Ampere RMS (Amp
RMS) dan ketidakseimbangan beban dalam persentase (%). Sedangkan untuk tegangan
tanpa satuan, yakni hanya “NORMAL” atau “LOSS”.
36
http://digilib.mercubuana.ac.id/z