TE-10 - elista:.

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. Raharja, Any K. Yapie, Firdaus O. Utama
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Gunadarma
e-mail:[email protected], 2 [email protected], [email protected]
1,2,3
ABSTRACT
Di rumah sering terjadi pemakainan beban yang melebihi dari daya terpasang, yang mengakibatkan putusnya
aliran listrik yang secara tiba-tiba. Sehingga diperlukan alat untuk mendeteksi pemakaian beban yang
berlebihan. Alat ini dapat menjadi alternatif untuk menjaga kesinambungan ketersediaan listrik, agar terhindar
dari beban lebih (over load). Alat yang dibuat menggunakan papan Arduino Uno sebagai pengendali dan
sensor arus sebagai pengukur arus listrik. Sistem ini dapat mendeteksi perubahan arus yang terjadi pada
rangkaian instalasi listrik. 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. Pengujian selisih kesalahan (Error) dilakukan dengan mengukur nilai arus
pada LCD dengan Clamp Current (Tang Arus) diperoleh Error rata-rata sebesar 5,26%.
Kata Kunci - Alat Kontrol Kesinambungan Daya Otomatis , Sensor Arus 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 tiba-tiba 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 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
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014
Yogyakarta, 15 November 2014
ISSN: 1979-911X
METODE PENELITIAN
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
Perancangan
Pengujian Dan
Analisa Data
Kesimpulan
Gambar 1. Alur Tahapan Penelitian
PERANCANGAN
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
A. 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.
B. Blok Input
Blok ini 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 ACS758
[DF Robot, 2013], yang berfungsi untuk mengukur besar arus yang 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.
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014
Yogyakarta, 15 November 2014
ISSN: 1979-911X
Gambar 3. Skematik dan Tampilan Sensor ACS758 [DF Robot, 2013]
Keypad
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
C. Blok Proses
Blok ini 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.
Gambar 5. Skematik dan Tampilan Peralatan Arduino Uno pada Blok Proses
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014
Yogyakarta, 15 November 2014
ISSN: 1979-911X
D. Blok Driver
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.
Gambar 6. Rangkaian driver
E. Blok Output
Pada blok ini 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.
Gambar 7. Tampilan LCD 2x16 sebagai 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). 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.
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014
Yogyakarta, 15 November 2014
ISSN: 1979-911X
PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN
Pengujian dilakukan untuk mengetahui proses kerja alat yang dirancang dengan langkah-langkah seperti
berikut ini ::
1.
2.
3.
4.
5.
Awal mula rangkaian beban diberi tegangan sebesar 220V.Aktifkan MCB pada posisi ON, kemudian
tekan saklar untuk menghidupkan beban atau lampu pijar.
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 .
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.
Sensor arus memberikan data digital berupa nilai besar Arus yang dilewati oleh kabel tersebut kepada
mikrokontroler dan menampilkannya pada layar LCD.
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.
2.
3.
Jika beban yang digunakan lebih dari 2,5 Ampere maka beban yang ada pada prioritas 1 akan mati
dalam keadaan saklar On.
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.
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
1
2
3
4
5
Daya Terpasang
(WATT)
1400
1200
1000
800
600
Kuat Arus (A)
Tampilan LCD
6,25
5,27
4,48
3,56
2,53
Kuat Arus (A)
Tampilan Tang Arus
5,90
5,10
4,20
3,40
2,30
Error (%)
5,93
3,33
6,67
4,71
5,65
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014
Yogyakarta, 15 November 2014
Perhitungan prosentase
menggunakan persamaan berikut :
error hasil pengukuran nilai arus
%Error =
ISSN: 1979-911X
pada LCD terhadap Tang Arus
x 100 %
(1)
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/fungsi-dan-jenisjenis-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-fungsi-mcbminiature.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