tugas akhir under/over voltage relay berbasis mikrokontroler
advertisement
TUGAS AKHIR
UNDER/OVER VOLTAGE RELAY
BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA328
Disusun Oleh :
Benny Situmeang
3211011003
JURUSAN TEKNIK ELEKTRONIKA
POLITEKNIK NEGERI BATAM
BATAM 2013
LEMBAR PENGESAHAN
UNDER OVER VOLTAGE RELAY
BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA328
TUGAS AKHIR
Diajukan Guna Memenuhi Sebagai Persyaratan Memperoleh Gelar Ahli Madya
pada Program Studi Teknik Elektronika Jurusan Teknik Elektro
Politeknik Negeri Batam
Mengetahui/Menyetujui:
Batam, …… Juli 2013
Dosen Pembimbing
Fauzun Atabiq. S.T
NIK: 110073
v
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur saya panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, Karena
dengan berkat-Nya penulis dapat menyelesaiakan proyek akhir Under/ Over Voltage Relay
berbasis mikrokontroler ATmega 328 ini dapat terselesaikan tepat pada waktu yang
diharapkan.
Oleh karena itu, dalam kesempatan yang baik ini penulis ingin menyampaikan
ucapan terimakasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan
proyek akhir ini, yaitu :
1.
Tuhan Yang Maha Esa yang telah memudahkan segalanya.
2.
Orangtua dan saudara – saudara yang telah memberikan motivasi sehingga penulis
dapat menyelesiakan proyek akhir ini dengan baik.
3.
Bapak Fauzun Atabiq. S.T sebagai dosen pembimbing I yang telah banyak
menyediakan waktu luang untuk membimbing penulis, serta petunjuk yang
berharga dalam penyelesaian proyek akhir ini.
4.
Rekan – rekan mahasiswa jurusan teknik elektro angkatan 2010 dan semua pihak
yangt telah membantu terselesaikannya tugas akhir ini.
Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari kata sempurna, oleh karena
itu kritik dan saran yang bersifat membangun saya harapkan demi kesempurnaan tugas
akhir ini. Akhir kata semoga dengan segala kebaikan dan bantuan dari semua pihak yang
telah diberikan kepada penulis mendapat balasan pahala yang berlipat ganda dari TYME.
Amin
Batam, Juli 2013
PENULIS
ii
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBARAN PENGESAHAN .............................................................................................. ii
ABSTRAK .............................................................................................................................. iii
ABSTRACT ........................................................................................................................... iv
KATA PENGANTAR ........................................................................................................... v
DAFTAR ISI .......................................................................................................................... vi
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................................. viii
DAFTAR TABEL .................................................................................................................. ix
BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang............................................................................................................. 1
1.2 Tujuan dan Manfaat ..................................................................................................... 1
1.3 Rumusan Masalah ....................................................................................................... 2
1.4 Batasan Masalah .......................................................................................................... 2
1.5 Metodologi .................................................................................................................. 2
1.6 Sistematika Penulisan .................................................................................................. 3
BAB II DASAR TEORI ........................................................................................................ 4
2.1 Gangguan Pada Sistem Tenaga Listrik ........................................................................ 4
2.2 Penyebab Terjadinya Drop Tegangan.......................................................................... 7
2.3 Relay Proteksi .............................................................................................................. 9
2.4 Persyaratan Teknik Sistem Distribusi .......................................................................... 13
2.5 Mikrokontroler ATmega 328 ....................................................................................... 13
2.6 Sensor Tegangan AC ................................................................................................... 15
2.7 LCD 16x2..................................................................................................................... 17
2.8 Transistor ..................................................................................................................... 18
2.9 Power Supply ............................................................................................................... 20
BAB III PERANCANGAN UNDER/OVER VOLTAGE RELAY ...................................... 21
3.1 Perancangan ................................................................................................................. 21
3.2 Perancangan Rangkain Sensor Tegangan .................................................................... 22
3.3 Perancangan Driver Relay ........................................................................................... 23
3.4 Perancangan Catu Daya ............................................................................................... 24
3.5 Perancangan Rangkaian Display ................................................................................. 25
iii
3.6 Perancangan Kotak Under/Over Voltage Relay .......................................................... 27
3.7 Perancangan Perangkat Lunak..................................................................................... 27
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA .............................................................................. 31
4.1 Pengujian ..................................................................................................................... 31
4.1.1
Pengujian Catu Daya ............................................................................................. 31
4.1.2
Pengujian LCD ....................................................................................................... 32
4.1.3
Pengujian Driver Relay .......................................................................................... 33
4.1.4
Pengujian Sensor Tegangan ................................................................................... 34
4.1.5
Pengujian Under/Over Voltage Relay.................................................................... 36
4.1.6
Pengujian Keseluruhan Under/Over Voltage Relay .............................................. 38
4.2 Analisa Sistem ............................................................................................................. 43
4.2.1 Catu Daya ................................................................................................................. 43
4.2.2 Sensor Tegangan ...................................................................................................... 44
4.2.3 Rangkaian Driver Relay ........................................................................................... 44
4.2.4 Analisa Keseluruhan Under/Over Voltage Relay ..................................................... 44
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................................ 45
5.1 Kesimpulan ................................................................................................................ 45
5.2 Saran ............................................................................................................................ 45
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................................ 46
iv
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Skema diagram blok relay proteksi ..................................................................... 10
Gambar 2.2 Kontruksi relay .................................................................................................... 10
Gambar 2.3 Ardunio deumilanove .......................................................................................... 13
Gambar 2.4 Pemetaan pin Arduino terhadap ATmega 328 ................................................... 14
Gambar 2.5 Skema transformator........................................................................................... 16
Gambar 2.6 LCD enam belas karakter dengan dua baris ....................................................... 17
Gambar 2.7 Bagian – bagian Transistor ................................................................................. 19
Gambar 2.8 Kurva daerah kerja transistor .............................................................................. 20
Gambar 2.9 Power supply ....................................................................................................... 20
Gambar 3.1 Diagram blok under/over voltage relay.............................................................. 21
Gambar 3.2 Rangkaian sensor tegangan ................................................................................ 23
Gambar 3.3 Perancangan driver relay ................................................................................... 24
Gambar 3.4 Diagram blok rangkain catu daya ....................................................................... 24
Gambar 3.5 Rangkaian catu daya ........................................................................................... 25
Gambar 3.6 Koneksi pin LCD ................................................................................................ 26
Gambar 3.7 Perancangan kotak under/over voltage relay ..................................................... 27
Gambar 3.8 Flow chart sistem ............................................................................................... 28
Gambar 4.1 Rangkaian pengujian catu daya .......................................................................... 32
Gambar 4.2 Hasil pengujian display ...................................................................................... 33
Gambar 4.3 Pengujian driver relay ........................................................................................ 34
Gambar 4.4 Rangkaian pengujian sensor tegangan ................................................................ 35
Gambar 4.5 Pengujian sensor tegangan dengan menggunakan power supply
DELORENZO DL 1013 TL ................................................................................. 35
Ganbar 4.6 Kondisi under voltage......................................................................................... 37
Gambar 4.7 Kondisi normal voltage....................................................................................... 37
Gambar 4.8 Kondisi over voltage ........................................................................................... 38
Gambar 4.9 Pengujian keseluruhan under/over voltage relay ............................................... 39
Gambar 5.0 Kondisi under voltage ........................................................................................ 41
Gambar 5.1 Kondisi normal voltage....................................................................................... 42
Gambar 5.2 Kondisi over voltage ........................................................................................... 43
v
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Konfigurasi LCD 16 x 2 ......................................................................................... 17
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Rangkian Catu Daya .................................................................... 32
Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Pada Driver Relay ..................................................................... 34
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Rangkain Sensor Tegangan .......................................................... 36
Tabel 4.4 Hasil Pengujian Keseluruhan Under/Over Voltage Relay Berbasis
Mikrokontroler ATmega 328.................................................................................. 40
vi
7
ABSTRAK
Kualitas/mutu suplai tenaga listrik dalam suatu sistem rangkaian listrik sangat
diperlukan. Kualitas suplai listrik buruk dapat dapat menyebabkan gangguan dan bahkan
merusak sistem peralatan/rangkaian listrik. Salah satu bentuk ganguan tersebut adalah
terjadinya under/over voltage. Untuk mengatasi hal tersebut diperlukan suatu alat proteksi
yang dapat mendeteksi adanya gangguan under/over voltage serta mengamankan peralatan
listrik.
Under/over voltage relay berbasis mikrokontroler ATmega328 dirancang bertujuan
untuk mendeteksi adanya ganguan under/over voltage pada tegangan satu fasa 220 V 50 Hz.
Batas tegangan untuk gangguan under voltage yaitu -5 % dari tegangan normal (220V),
sedangkan gangguan over voltage yaitu +5 % dari tegangan normal. dan setting delay untuk
under/over voltage adalah 5 detik. Output dari relay dihubungkan pada kontaktor, kontaktor
akan memutuskan aliran listrik apabila terjadi gangguan under/over voltage.
Dari hasil pengujian yang dilakukan, relay under/over voltage berbasis mikrokontroler
ATmega328 yang dirancang dapat bekerja dengan baik. Relay dapat mendeteksi ganguan
under voltage -5 % dan over voltage +5% dari tegangan nominal.
Kata kunci: Under/over voltage relay, Mikrokontroler ATmega328.
ABSTRACT
Quality of power supply system in an electrical circuit is needed. Poor quality power
supply may cause distraction and may even damage the system hardware/ electrical circuit.
One form of the disorder is the under/over voltage. To overcome this we need a protection
device that can detect the presence of interference under/over voltage and secure the
electrical equipment.
Under/over voltage relay based microcontroller ATmega328 is designed aiming to
detect the disorder under/over voltage on voltage single phase 220 V 50 Hz. Voltage limits
for nuisance under voltage is -5% of normal voltage (220V), whereas disruption over voltage
is +5% of the normal voltage. and delay settings for under / over voltage is 5 seconds. The
output of the relay is connected to the contactor, the contactor will disconnect the power
supply in case of disturbances under/over voltage.
From the results of tests performed, the relay under/over voltage ATmega328
microcontroller-based designed to work properly. Relay can detect disturbances under
voltage and over voltage -5% +5% of nominal voltage
Keywords: Under/over voltage relay, Microcontroller ATmega328.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Pada dasarnya dalam suatu jaringan listrik, kualitas suplai listrik sangat diperlukan.
Adanya gangguan dalam suplai listrik dapat mempengaruhi bahkan merusak suatu sistem
tenaga listrik. Ganguan yang terjadi dapat berbagai macam antara lain adalahlonjakan atau
penurunan tegangan listrik (under/over voltage). Jika gangguan tegangan ini tersambung
ke peralatan listrik atau elektronika dan melebihi batas toleransi tegangan nominalnya,
maka hal itu dapat mengganggu kinerja peralatan-peralatan tersebut atau bahkan dapat
merusaknya.
Sistem pengaman untuk under/over voltage saat ini masih sangat terbatas digunakan
dikarenakan biaya yang mahal untuk membeli alat tersebut. Oleh karena itu penulis
membuat alat ini sebagai proyek tugas akhir. Dalam pembuatan proyek tugas akhir ini
digunakan sebuah mikrokontroler ATmega 328 sebagai pusat kontrol dalam sistem
under/over voltage relay. Data yang diproses mikrokontroler adalah output dari sensor
tegangan yang digunakan, selanjutnya output dari mikrokontroler adalah relay, output dari
relay akan disambungkan pada kontaktor dan selanjutnya kontaktor yang akan memutus
rangkain listrik apabila terjadi gangguan under/over voltage sesuai dengan setting tegangan
dan setting waktu yang ditentukan pada mikrokontroler.
1.2. Tujuan dan Manfaat
Adapun tujuan dari proyek akhir adalah: Untuk membuat relay proteksi under/over
voltage berbasis mikrokontroler ATmega 328 yang dapat mengamankan peralatan listrik
terhadap gangguan tegangan berlebih (over voltage) atau tegangan jatuh (drop voltage).
Adapun manfaat yang diharapkan adalah:
1. Peralatan listrik aman terhadap gangguan tegangan berlebih (over voltage) atau
tegangan jatuh (drop voltage) yang melebihi toleransi nilai nominalnya.
2.
Dapat memberikan pelayanan listrik dengan kualitas/mutu yang tinggi kepada
konsumen.
1
1.3. Rumusan Masalah
Mengacu pada permasalahan yang telah diuraikan pada latar belakang, maka
rumusan masalah adalah:
1.
Bagaimana cara membuat alat pengaman peralatan listrik terhadap gangguan
tegangan lebih (over voltage) atau gangguan tegangan jatuh (under voltage)?
2.
Bagaimana cara membuat suatu alat pengaman apabila terjadi under/over voltage
dengan menggunakan mikrokontroler arduino?
3.
Bagaimana mendeteksi perubahan tegangan arus bolak – balik (AC)?
1.4. Batasan Masalah
Agar lebih fokus terhadap pembahasan dari permasalahan yang ada dan tidak
menyimpang dari alur yang diinginkan, maka penulis akan membatasi permasalahan
sebagai berikut :
1.
Fokus kepermasalahan under/over voltage.
2.
Arduino digunakan sebagai kontroler relay.
1.5. Metedeologi
Dalam menyelesaikan Tugas akhir ini, penulis menggunakan beberapa metode yaitu:
1.
Melakukan study literatur ke perpustakaan, browsing internet untuk mempelajari
referensi – referensi yang berhubungan dengan masalah yang dihadapi. Dan
menentukan masalah dan mencari ide – ide dalam melaksanakan perencanaan.
2.
Perancangan Alat.
3.
Melakukan pengujian alat sensor tegangan yang akan dipakai serta mengambil data
dari hasil pengujian sensor tegangan tersebut.
4.
Melakukan pengujian dan pengamatan secara langsung terhadap rangkaian yang
digunakan terhadap program yang dibuat serta melakukan analisa dengan
membandingkan hasil pengujian dengan landasan teori yang ada kaitannya dengan
perancangan alat. Hasil pengujian dan pengamatan tersebut dikonsultasikan dengan
Dosen pembimbing tugas akhir.
5.
Penulisan laporan.
2
1.6. Sistematika Penulisan
Untuk memudahkan pembaca dalam memahami laporan ini, laporan tugas akhir ini
ditulis dengan sisitematika sebagai berikut:
BAB I PENDAHULUAN
Bab pendahuluan ini berisi tentang latar belakang, identifikasi dan batasan
masalah, maksud dan tujuan, metodologi, waktu dan lokasi penelitian serta
sistematika penulisan laporan tugas akhir.
BAB II DASAR TEORI
Pada bab ini menerangkan tentang teori-teori yang melandasi pembuatan tugas
akhir.
BAB III PERANCANGAN DAN PENGUJIAN
Berisikan perancangan perangkat keras dan perancangan perangkat lunak tugas
akhir.
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA
Berisikan hasil pengujian alat, pengukuran dan analisa sistem yang dirancang.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Berisi kesimpulan (hasil yang berhasil diselesaikan sesuai ruang lingkup batasan
masalah) dan saran (terhadap masalah yang belum terselesaikan sebagai
pengembangan dan perbaikan-perbaikan).
3
BAB II
DASAR TEORI
2.1.
Gangguan Pada Sistem Tenaga Listrik
Pada dasarnya suatu sistem tenaga listrik harus dapat beroperasi secara terus menerus
secara normal, tanpa terjadi gangguan.
Gangguan dapat disebabkan oleh beberapa hal yaitu:
1.
Gangguan karena kesalahan manusia diantaranya ialah kelalaian pada saat
mengubah jaringan sistem, lupa membuka pentanahan setelah perbaikan dan
sebagainya.
2.
Gangguan dari dalam, misalnya gangguan – gangguan yang berasal dari sistem atau
gangguan dari alat itu sendiri, misalnya: faktor ketuaan, arus lebih, tegangan lebih
keausan dan lain – lain sehingga merusak isolasi peralatan.
3.
Gangguan dari luar: yaitu gangguan yang berasal dari alam diantaranya: cuaca,
gempa bumi, petir dan banjir. Gangguan karena binatang diantaranya: gigitan tikus,
burung, kelelawar, ular, pohon atau dahan/ranting dan sebagainya.
Jadi jelas gangguan tersebut tidak dapat dihindarkan secara keseluruhan.
Jenis – jenis gangguan pada sistem tenaga listrik bila ditinjau dari sifat dan
penyebabnya dapat dikelompokan sebagai berikut:
1.
Beban lebih.
Beban lebih pada suatu sistem tenaga listrik dapat disebabkan karena memang
keadaan pembangkit kurang dari kebutuhan bebannya atau salah satu komponen
pada sistem tersebut terganggu, dengan demikian gangguan dapat terjadi beban
lebih ataupun pada salah satu komponen misalnya motor derek mengangkat beban
melebihi kemampuannya.
Ciri dari beban lebih ialah terjadinya arus lebih pada komponen yang berbeban
lebih. Arus ini dapat menimbulkan pemanasan, dan berdasarkan ilmu fisika panas
yang ditimbulkan sebanding dengan arus kwadrat kali tahanan peralatan kali waktu
terjadinya arus lebih atau dalam rumus dapat ditulis panas yang timbul ini dapat
mengakibatkan kerusakan isolasi peralatan tersebut.
2.
Hubung singkat.
4
Semua komponen dari peralatan listrik selalu diisolasi terhadap tanah disamping itu
antar fasa juga diisolasi dengan isolasi padat, cair (minyak), udara, gas (S F 6)
ataupun campuran – campurannya.
Sebagai contoh ialah :
Lilitan generator atau motor diisolasi terhadap stator/rotor dengan
menggunakan bahan isolasi mica atau kertas.
Trafo diisolasi dengan kertas dan minyak trafo.
Kabel diisolasi dengan kertas yang di impregnated dengan minyak atau
diisolasi dengan bahan jenis polyethelen ( PE ) XLPE ataupun karet.
Bagian bertegangan pada pemutus beban diisolasi terhadap metal badannya
ataupun terhadap fasa lainnya dengan minyak atau sf6.
Konduktor terbuka yang digunakan pada saluran udara dan rel diisolasi
terhadap tanah dengan isolator sedang antar fase dengan udara atau sf6
khusus untuk kubikel.
Bahan isolasi tersebut karena umur, sebab mekanis, tegangan lebih yang melebihi
kekuatan isolasi ataupun binatang, benang layang – layang, dahan pohon serta sebab lain
kemampuannya menurun atau tidak mampu sehingga terjadi pelepasan muatan listrik yang
mengakibatkan kerusakan pada isolasi dan terjadi loncatan bunga api yang segera diikuti
busur api sehingga terjadi hubung singkat dan akan mengalir arus hubung singkat yang
besar dan tegangannya sangat turun.
Apabila arus hubung singkat kemudian berhenti, busur api akan padam. Bila busur
api ini menimbulkan kerusakan yang tetap misalnya pada bahan isolasi padat atau cair
maka gangguan ini disebut gangguan permanen. Tetapi bila busur api ini setelah padam
tidak menimbulkan kerusakan misalnya pada isolasi udara yaitu yang umum terjadi pada
saluran udara tegangan menengah atau tinggi maka gangguan ini disebut gangguan
temporer.
3.
Tegangan lebih.
Gangguan tegangan lebih dapat terjadi disebabkan oleh beberapa hal yaitu:
Petir.
Karena terkumpulnya muatan listrik yang sama yaitu muatan positif atau
negatif maka akan terjadi beda tegangan antara awan dengan muatan positif
dengan awan bermuatan negatif atau awan bermuatan positif/negatif dengan
tanah. Bila beda tegangan ini cukup tinggi maka akan terjadi loncatan
muatan listrik dari awan ke awan atau dari awan ke tanah. Karena menara
5
(tiang) listrik ini cukup tinggi maka awan bermuatan yang menuju ke bumi
ini ada kemungkinannya akan menyambar menara atau kawat tanah dari
saluran transmisi dan mengalir ke tanah melalui menara dan tahanan
pentanahan menara. Bila arus petir ini besar dan tahanan tanah menara
kurang baik maka akan timbul tegangan tinggi pada menaranya, dalam hal
ini dapat terjadi loncatan muatan dari menara ke penghantar fase. Dalam hal
ini pada penghantar fase akan terjadi tegangan tinggi dan gelombang
tegangan tinggi petir yang sering disebut surya petir, ini akan merambat
atau berjalan menuju ke peralatan
di gardu induk dan mungkin akan
membahayakan isolasi dari peralatan di gardu induk tersebut.
Surja hubung.
Membuka atau menutupnya kontak pada pemutus beban umunya pada
sistem tegangan tinggi atau ekstra tinggi dapat menimbulkan tegangan
transient yang tinggi dan ini dapat menimbulkan kerusakan isolasi
peralatan.
Pengaruh feranti.
Pada jaringan sistem tegangan tinggi bila tanpa beban atau bebannya kecil
karena adanya beban kapasitif penghantar maka tegangan diujung saluran
akan lebih tinggi dari pada tegangan sisi pengirimnya. Pada salurannya
panjang ditambah adanya kabel tanah ataupun kabel laut ataupun pada
sistem tegangan ekstra tinggi bila tegangan di sisi pembangkit pada
tegangan pengenal maka daerah yang jauh ataupun di ujung saluran dapat
terjadi tegangan lebih yang dapat membahayakan bagi peralatan.
Pengaturan tegangan otomatis.
Pada pelepasan beban yang cukup besar akan terjadi tegangan lebih,
pengatur tegangan otomatis segera mengembalikan tegangan peralatan
kekeadaan normal. Tetapi bila pengatur tegangan otomatis ini terganggu
atau rusak maka tegangan lebih ini akan tetap dan hal ini dapat
menimbulkan kerusakan isolasi.
4.
Gangguan Stabilitas.
Generator yang tersambung pada sistem (bekerja paralel) bekerja serempak satu
sama lainnya. Karena salah satu penyebabnya misalnya terjadinya perubahan beban
besar yang mendadak, terjadinya hubung singkat yang terlalu lama, maka akan
terjadi ayunan putaran rotor sebagian dari generator pada sistem tersebut (lebih
6
cepat atau lebih lambat dari putaran sinkron). Hal ini dapat mengakibatkan
sebagian generator menjadi motor dan sebagian berbeban lebih dan hal ini berayun
(bergantian), gangguan ini disebut gangguan stabilitas. Kejadian ini akan terjadi
pada sistem tegangan tinggi atau ekstra tinggi yang telah luas misalnya pada sistem
di Jawa. Gangguan ini harus segera diatasi, dengan cara melepas generator yang
terganggu ataupun melepas daerah yang terjadi hubung singkat secepat mungkin,
karena dapat membahayakan generator itu sendiri atau membahayakan sistemnya.
2.2.
Penyebab Terjadinya Drop Tegangan
Besar kecilnya jatuh tegangan dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu:
1.
Tahanan saluran
2.
Arus saluran
3.
Faktor daya (Cos φ)
4.
Panjang saluran
Akibat adanya impedansi saluran dan beban maka antara tegangan sumber (V s ) dan
tegangan penerima (V p ) ada perbedaan. Dimana tegangan penerima akan selalu lebih kecil
dari tegangan sumber (V s >V p ). Selisih tegangan tersebut disebut jatuh tegangan (V).
Secara umum jatuh tegangan adalah V=V s -V p .
1. Besar beban pada suatu titik (tiang) tidak sama pada fasa yang satu dengan fasa
yang lainnya, walaupun dilihat dari gardu, beban tiap fasanya mungkin sama besar
diantaranya disebabkan oleh prilaku beban konsumen yang tidak teratur.
2. Beban dilihat dari gardu tidak sama untuk masing – masing fasa, sudah pasti beban
ditiap tiang tidak sama.
3. Pembagian atau penempatan beban dimasing – masing fasa tidak sama.
Jatuh tegangan merupakan besarnya tegangan yang hilang pada suatu penghantar.
Jatuh tegangan pada saluran tenaga listrik secara umum berbanding lurus dengan panjang
saluran dan beban serta berbanding terbalik dengan luas penampang penghantar. Besarnya
jatuh tegangan dinyatakan baik dalam persen atau dalam besaran Volt. Besarnya batas atas
dan bawah ditentukan oleh kebijaksanaan perusahaan kelistrikan. Perhitungan jatuh
tegangan praktis pada batas-batas tertentu dengan hanya menghitung besarnya tahanan
masih dapat dipertimbangkan, namun pada sistem jaringan khususnya pada sistem
7
tegangan menengah masalah indukstansi dan kapasitansinya diperhitungkan karena
nilainya cukup berarti.
Tegangan jatuh secara umum adalah tegangan yang digunakan pada beban.
Tegangan jatuh ditimbulkan oleh arus yang mengalir melalui tahanan kawat. Tegangan
jatuh V pada penghantar semakin besar jika arus I di dalam penghantar semakin besar dan
jika tahanan penghantar Rℓ semakin besar pula. Tegangan jatuh merupakan penanggung
jawab terjadinya kerugian pada penghantar karena dapat menurunkan tegangan pada
beban. Akibatnya hingga berada di bawah tegangan nominal yang dibutuhkan. Atas dasar
hal tersebut maka tegangan jatuh yang diijinkan untuk instalasi arus kuat hingga 1.000 V
yang ditetapkan dalam persen dari tegangan kerjanya.
Sesuai dengan standar tengangan yang ditentukan oleh PLN (SPLN), perancangan
jaringan dibuat agar jatuh tegangan di ujung diterima 10%. Tegangan jatuh pada
jaringan disebabkan adanya rugi tegangan akibat hambatan listrik (R) dan reaktansi (X).
Jatuh tegangan phasor Vd pada suatu penghantar yang mempunyai impedansi (Z) dan
membawa arus (I) dapat dijabarkan dengan rumus:
Vd=I.Z………………………….…………………………………………..(2.1)
Dalam pembahasan ini yang dimaksudkan dengan jatuh tegangan (∆V) adalah selisih
antara tegangan kirim (Vk) dengan tegangan terima (V T ), maka jatuh tegangan dapat
didefinisikan adalah:
∆V = ( Vk ) – (V T )..………………………………………...……………………(2.2)
Karena adanya resistansi pada penghantar maka tegangan yang diterima konsumen
(Vr) akan lebih kecil dari tegangan kirim (Vs), sehingga tegangan jatuh (Vdrop)
merupakan selisih antara tegangan pada pangkal pengiriman (sending end) dan tegangan
pada ujung penerimaan (receiving end) tenaga listrik. Tegangan jatuh relatif dinamakan
regulasi tegangan V R (voltage regulation) dan dinyatakan oleh rumus:
……………………………...………………………..(2.3)
8
Dimana:
Vs = tegangan pada pangkal pengiriman.
Vr = tegangan pada ujung penerimaan.
Untuk menghitung jatuh tegangan, diperhitungkan reaktansinya, maupun faktor
dayanya yang tidak sama dengan satu, maka berikut ini akan diuraikan cara
perhitunganya. Dalam penyederhanaan perhitungan, diasumsikan beban – bebannya
merupakan beban fasa tiga yang seimbang dan faktor dayanya (Cos φ) antara 0,6 s/d 0,85.
Tegangan dapat dihitung berdasarkan rumus pendekatan hubungan sebagai berikut:
(∆V ) = I ( R . cos φ + X . sin φ ) L……………………………………………...(2.4)
Dimana :
I = Arus beban (Ampere).
R = Tahanan rangkaian (Ohm).
X = Reaktansi rangkaian (Ohm).
2.3.
Relay Proteksi
Relay proteksi adalah sebuah peralatan listrik yang dirancang untuk mendeteksi bila
terjadi gangguan atau sistem tenaga listrik tidak normal. Relay pengaman merupakan kunci
kelangsungan kerja dari suatu sistem tenaga listrik, dimana gangguan segera dapat
dilokalisir dan dihilangkan sebelum menimbulkan akibat yang lebih luas. Pada relay
proteksi terdapat 3 elemen, yaitu: elemen pembanding, elemen pengindra dan elemen
pengukur.
1.
Elemen pembanding
Elemen ini berfungsi menerima besaran setelah terlebih dahulu besaran itu diterima
oleh elemen pengindera untuk membandingkan besaran listrik pada saat keadaan
normal dengan besaran arus kerja relay.
2.
Elemen pengindra
Elemen ini berfungsi untuk merasakan besaran – besaran listrik, seperti arus,
tegangan, frekuensi, dan sebagainya tergantung relay yang dipergunakan. Pada
9
bagian ini besaran yang masuk akan dirasakan keadaannya, apakah keadaan yang
diproteksi itu mendapatkan gangguan atau dalam keadaan normal, untuk
selanjutnya besaran tersebut dikirimkan ke elemen pembanding.
3.
Elemen pengukur
Elemen ini berfungsi untuk mengadakan perubahan secara cepat pada besaran
pengukurannya dan akan segera memberikan isyarat untuk membuka PMT atau
memberikan sinyal.
Gambar 2.1 Skema diagram blok relay proteksi
Konstruksi relay terdiri dari dua bagian utama yaitu kumparan magnit dan kumparan
induksi.
Gambar 2.2 Konstruksi relay
10
Jenis – jenis relay proteksi:
1.
Berdasarkan besaran input:
Arus (I): Relay Arus lebih [OCR], Relay Arus kurang (UCR).
Tegangan (V): Relay tegangan lebih (OVR), Relay tegangan kurang
(UVR).
Frekuensi (f): Relay frekuensi lebih (OFR), Relay frekuensi kurang (UFR).
Daya (P ; Q): Relay daya Max / Min, Relay arah/directional, Relay daya
balik.
Impedansi (Z): Relay jarak (Distance).
Beda arus: Relay diferensial.
2.
Berdasarkan karakreristik waktu kerja:
Seketika (relay instant / moment /high speed ).
Penundaan waktu (time delay): Definite time relay, Inverse time relay.
Kombinasi instant dengan tunda waktu.
3.
Berdasarkan jenis kontak
Relay dengan kontak dalam keadaan normal terbuka (normally open
contact).
Relay dengan kontak dalam keadaan normal tertutup (normally
close
contact).
4.
Berdasarkan prinsip kerja
4.1. Tipe elektromekanis
a. Tarikan magnit
Tipe Plunger, bila kumparan diberi arus melebihi nilai pickupnya, maka plunger
akan bergerak ke atas dan terjadi penutupan kontak. Gaya yang ditimbulkan sebanding
dengan kwadratarus pada kumparan. Relay ini mempunyai waktu kerja yang cepat,
sehingga banyak digunakan sebagai relay instantaneous.
Tipe hinged armature, bila kumparan diberi arus, maka lengan akan tertarik
sehingga ujung lengan yang lain akan menggerakan kontak. Gaya elektromagnitik juga
sebanding dengan kwadrat arus kumparan. Tipe ini banyak digunakan sebagai relay bantu,
karena dapat mempunyai kontak yang banyak dan kontaknya mempunyai kapasitas
pemutusan arus yang lebih besar.
11
Tipe tuas seimbang, tipe ini terdiri dari dua kumparan yaitu kumparan kerja dan
penahan. Dalam keadaan seimbang dimana gaya pegas diabaikan maka i1 / i2 = k
(konstan) bila i1 / i2 lebih besar dari k maka relay akan menutup kontak bila i1 / i2
lebih kecil dari k maka relay akan buka kontak tipe ini banyak digunakan sebagai
relay diferensial dan relay jarak.
b. Indikasi
Tipe shaded pole, terjadi beda sudut fasa antara fluk [2] dengan fluk [1] kedua fluk
ini akan menginduksikan arus pusar pada piringan interaksi antara kedua fluk tersebut
akan menimbulkan torsi dan menggerakan piringan karena kontak gerak dipasang pada
poros maka kontak akan menutup.
Tipe KWH, interaksi antara fluk u dan terhadap fluk yang diperoleh dari arus pusar
yang diinduksikan pada piringan akan menggerakan piringan untuk berputar, putaran
ini akan menutup kontak umumnya karakteristik tunda waktunya adalah inverse.
Tipe mangkok (Induction Cup), prinsipnya sama seperti motor induksi. Terdapat
rotor aluminium berbentuk silinder yang ditengahnya inti magnitik sehingga silinder
tersebut dapat berputar pada silinder dipasang kontak gerak dan dapat menutup kontak ke
kiri atau ke kanan.
4.2 Tipe Thermis
Relay temperatur mendeteksi kenaikan temperatur belitan sisi primer/sekunder dan
minyak, biasa disebut winding temperatur dan oil temperatur.
4.3 Tipe gas
Relay buccholz, relay bucholz dipasang pada pipa dari maintank ke konservator.
Relay ini gunanya untuk mengamankan trafo dari gangguan internal trafo yang
menimbulkan gas dimana gas tersebut timbul akibat adanya hubung singkat didalam trafo
atau akibat busur di dalam trafo.
12
2.4.
Persyaratan Teknik Sistem Distribusi
Berdasarkan peraturan Menteri energi dan sumber daya mineral No: 04 Tahun 2009
tentang aturan distribusi tenaga listrik adalah:
1. Frekuensi nominal sistem adalah 50 Hz dan frekwensi normal mempunyai rentang
antara 49,5 Hz sampai dengan 50,5 Hz.
2. Tegangan sistem distribusi harus dijaga pada batas – batas kondisi normal yaitu
maksimal +5 % dan minimal –10% dari tegangan nominal.
2.5.
Mikrokontroler ATmega328
Mikrokontroler adalah chip atau IC (integrated circuit) yang bisa diprogram
menggunakan komputer. Tujuan menanamkan program pada mikrokontroler adalah agar
rangkaian elektronik dapat membaca suatu kondisi masukan (input), memproses dan
kemudian menghasilkan keluaran (output) sesuai dengan kondisi yang diinginkan. Jadi
mikrokontroler bertugas sebagai ‘otak’ yang mengendalikan input, proses dan output
sebuah rangkaian elektronik.
Gambar 2.3 Arduino Deumilanove
Mikrokontroler ATmega328 memiliki 14 digital input dan output pin (dimana 6 pin
dapat digunakan sebagai PWM). 6 input analog, koneksi USB untuk interface ke
komputer. Deskripsi mikrokontroler dapat dilihat pada Gambar 2.4. Dibawah ini adalah
diagram pin arduino atau pin mapping
13
Gambar 2.4 Pemetaan pin arduino terhadap ATmega328
Berikut ini adalah spesifikasi dari arduino deumilanove ATmega328:
1.
Mikrokontroler ATmega328.
2.
Beroperasi pada tegangan 5V.
3.
Tegangan input (rekomendasi) 7-12V.
4.
Pin digital input/output 14 pin (pin 0-13, 6 pin mendukung output PWM)
Berfungsi sebagai input atau output, dapat di atur oleh program. Khusus untuk 6
buah digital pin 3, 5, 6, 9, 10 dan 11 dapat juga berfungsi sebagai pin analog output
dimana tegangan outputnya dapat diatur. Nilai sebuah pin output analog dapat di
program antara 0-255, dimana hal itu mewakili nilai tegangan 0-5V.
5.
Pin analog input 6 (pin analog input 1, 2, 3, 4, 5).
Pin ini sangat berguna untuk membaca tegangan yang dihasilkan oleh sensor analog
seperti sensor suhu. Program dapat membaca nilai sebuah pin input antara 0-1023,
dimana hal itu mewakili nilai tegangan 0-5V.
6.
Reset
Fungsi Reset adalah untuk me-reset papan sehingga program akan mulai lagi dari
awal. Tombol reset ini bukan untuk menghapus program yang ada pada
mikrokontroler.
7.
GND
Pin Ground berfungsi sebagai jalur ground pada arduino.
8.
VCC
14
Regulasi power supply digunakan untuk power mikrokontroler dan komponen
lainnya pada board. 5V dapat melalui Vin menggunakan regulator pada board, atau
supply oleh USB atau supply regulasi 5V lainnya.
9.
Arus pin per input/output 40mA.
10. Arus untuk pin 3.3V adalah 50mA.
11. Flash memory 32 KB (Atmega328) yang mana 2 KB digunakan oleh bootloader
12. SRAM 2 KB (Atmega328).
13. EEPROM 1KB (Atmega328).
14. Kecepatan clock 16 MHz.
2.6.
Sensor Tegangan AC
Sensor tegangan bisa menggunakan transformator stepdown dengan tujuan
menurunkan level tegangan AC 220V menjadi 5V agar dapat diproses oleh
Mikrokontroler. Transformator adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau
menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen pokok
yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua (skunder)
yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan
magnet yang dihasilkan.
Prinsip kerja Transformator:
Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah sebagai berikut. Ketika kumparan
primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada
kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah. Medan magnet yang berubah
diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti besi ke kumparan sekunder, sehingga
pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi. Efek ini dinamakan
induktansi timbal-balik (mutualinductance). Pada skema transformator di bawah ini, ketika
arus listrik dari sumber tegangan yang mengalir pada kumparan primer berbalik arah
(berubah polaritasnya) medan magnet yang dihasilkan akan berubah arah sehingga arus
listrik yang dihasilkan pada kumparan sekunder akan berubah polaritasnya.
15
Gambar 2.5 Skema Transformator
Hubungan antara tegangan primer, jumlah lilitan primer, tegangan sekunder, dan jumlah
lilitan sekunder, dapat dinyatakan dalam persamaan
…………………………………………………………………………….(2.5)
Vp = tegangan primer (volt).
Vs = tegangan sekunder (volt).
Np = jumlah lilitan primer.
Ns = jumlah lilitan sekunder.
Berdasarkan perbandingan antara jumlah lilitan primer dan jumlah lilitan skunder
transformator ada 2 jenis yaitu:
1.
Transformator step up yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik
rendah menjadi tinggi, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan
sekunder lebih banyak dari pada jumlah lilitan primer (Ns > Np).
2.
Transformator step down yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik
tinggi menjadi rendah, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan
primer lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder (Np > Ns).
Pada transformator besarnya tegangan yang dikeluarkan oleh kumparan sekunder
adalah:
1.
Sebanding dengan banyaknya lilitan sekunder (Vs ~ Ns).
2.
Berbanding terbalik dengan banyaknya lilitan primer,
……………………………………...………………………………(2.6)
16
Sehingga dapat dituliskan:
……………………………...........................................................(2.7)
2.7.
LCD 16 x 2
Liqud Crystal Display merupakan suatu kristal yang aktif bila dihubungkan dengan
tegangan. Input untuk mengendalikan modul ini berupa bus data dari sebuah
mikrokontroler. Liqud Crystal Display adalah komponen yang bisa digunakan untuk
menampilkan suatu simbol, angka maupun huruf. Liqud Crystal Display terdiri dari
beberapa pin untuk pengontrolan pemakaiannya. Liqud Crystal Display yang digunakan
pada alat ini adalah BC1602A atau 16 x 2 (enam belas karakter dengan dua baris).
Gambar 2.6 LCD enam belas karakter dengan dua baris.
Berikut adalah tabel penjelasan Konfigurasi LCD
Tabel 2.1 Konfigurasi LCD 16 x2.
No
kaki/Pin
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Nama
Keterangan
VCC
GND
VEE
RS
R/W
E
DO
D1
D2
D3
D4
+5V
0V
Tegangan Kontras LCD
Register Select
1= Read, 0=Write
Enable Clock LCD
Data Bus 0
Data Bus 1
Data Bus 2
Data Bus 3
Data Bus 4
17
12
13
14
15
16
D5
D6
D7
Anoda
katoda
Data Bus 5
Data Bus 6
Data Bus 7
Tegangan backlight positif
Tegangan backlight Negatif
Pin LCD nomor 4 (RS) merupakan register selector yang berfungsi untuk memilih
register kontrol atau register data. Register kontrol digunakan untuk mengkonfigurasi
LCD. Register data digunakan untuk menulis data karakter ke memori display LCD. Pin
LCD nomor 5 (R/W) digunakan untuk memilih aliran data apakah READ ataukah WRITE.
Karena kebanyakan fungsi hanya untuk membaca data dari LCD dan hanya perlu menulis
data saja ke LCD. Maka kaki ini di hubungkan ke GND (WRITE). Pin LCD nomor 6
(ENABLE) digunakan untuk mengaktifkan LCD pada proses penulisan data ke register
kontrol dan register Data LCD. Cara menyambungkan LCD dengan board Arduino adalah
sebagai berikut
1.
Pin RS (kaki 4) disambungkan dengan pin arduino digital pin 12.
2.
Pin E (kaki 6) disambungkan dengan pin arduino digital pin 11.
3.
Pin D4 (kaki 11) disambungkan dengan pin arduino digital pin 5.
4.
Pin D5 (kaki 12) disambungkan dengan pin arduino digital pin 4.
5.
Pin D6 (kaki 13) disambungkan dengan pin arduino digital pin 3 .
6.
Pin D7 (kaki 14) disambungkan dengan pin arduino digital pin 2.
7.
Sambungkan potensio 10 K Ohm ke +5v dan GND , dan pin LCD 3 ke potensio
8.
Pin 5 (R/W) ke Ground.
2.8.
Transistor
Transistor merupakan salah satu komponen aktif yang banyak digunakan dalam
dunia elektronika. Hampir setiap rangkaian elektronika melibatkan transistor sebagai
penguat ataupun sebagai sakelar otomatis. Beberapa rangkaian yang menggunakan
transistor sebagai penguat diantaranya pre-Amp, tone control, amplifier (penguat Akhir)
dan lain lain, selain bekerja sebagai penguat, transistor juga dapat bekerja sebagai saklar.
Transistor memiliki tiga daerah yang dapat dilihat pada Gambar 2.7 berikut ini.
18
Gambar 2.7 Bagian bagian transistor
Jika sebuah transistor digunakan sebagai saklar, maka transistor tersebut hanya
dioperasikan pada salah satu dari dua kondisi (mode) yaitu kondisi saturasi (jenuh) dimana
transistor seperti saklar tertutup atau kondisi cut off (tersumbat) dimana transistor sebagai
yang terbuka. Sedangkan jika transistor bekerja pada on atau off, maka transistor akan
bekerja sebagai penguat yaitu jika Vbe transistor lebih besar 0,5 volt dan lebih kecil dari
0,8 volt.
Ketika transistor berada dalam kondisi saturasi, maka:
1.
Arus pada kolektor maksimum, Ic = Ic (sat).
2.
Tegangan pada terminal kolektor emitter, Vce = 0 volt.
3.
Tegangan pada beban yang dihubungkan seri dengan terminal kolektor = Vce.
Sedangkan transistor dalam keadaan cut off, maka:
1.
Tidak ada arus yang mengalir dikolektor Ic = 0 volt.
2.
Tegangan pada terminal kolektor emitter dengan Vce, yaitu Vce = Vce.
3.
Tegangan pada beban dihubungkan seri pada kaki kolektor adalah nol.
Dalam merancang rangkaian transistor sebagai saklar maka agar saklar dapat
menutup, harga lb > lb (sat) untuk menjamin dapat mencapai saturasi penuh. Sebuah saklar
ideal harus mempunyai karakteristik pada keadaan “off” ia tidak dapat dilalui arus sama
sekali dan pada keadaan “on” ia tidak mempunyai tegangan drop. Komponen transistor
dapat berfungsi sebagai saklar, walaupun bukan sebagai saklar ideal. Untuk dapat
berfungsi sebagai switch, maka titik kerja transistor harus dapat berpindah-pindah dari
daerah saturasi (saklar dalam keadaan “on”) ke daerah cut-off (saklar dalam keadaan
“off”). Untuk lebih jelas lagi Gambar 2.8 adalah kurva daerah kerja transistor.
19
Gambar 2.8 Kurva daerah kerja transistor
2.9.
Power Supply
Pada dasarnya fungsi utama dari power supply adalah mengubah aliran listrik arus
bolak-balik (AC) yang tersedia dari aliran listrik (di Indonesia, PLN). Menjadi arus listrik
searah (DC) yang dibutuhkan oleh komponen pada PC. Power supply termasuk dari bagian
power conversion. Power conversion sendiri terdiri dari tiga macam: AC/DC Power
Supply, DC/DC Converter, dan DC/AC Inverter. Power supply untuk PC sering juga
disebut sebagai PSU (Power Supply Unit). PSU termasuk power conversion AC/DC.
Power supply diharapkan dapat melakukan fungsi-fungsi sebagai konversi input listrik AC
menjadi DC, memberikan arus listrik/tegangan DC yang sesuai dengan yang dibutuhkan,
dapat menghasilkan arus listrik DC yang lebih merata, dapat mengendalikan arus
listrik/tegangan agar tetap terjaga tetapi tergantung beban daya, dan perubahan kenaikan
temperature kerja juga toleransi perubahan tegangan daya input. Dalam pembuatan
rangkaian power supply diperlukan beberapa jenis komponen seperti pada Gambar 2.9.
Gambar 2.9Power supply
20
BAB III
PERANCANGAN UNDER/OVER VOLTAGE RELAY BERBASIS
MIKROKONTROLER ATMEGA328
3.1.
Perancangan
Perancangan under/over voltage relay ini meliputi perancangan keras (hardware)
dan perangkat lunak (software). Adapun diagram blok perancangan under/over voltage
relay diperlihatkan pada Gambar 3.1
SENSOR
TEGANGAN
ARDUINO
DRIVER
RELAY
BUZZER, DISPLAY ,
LAMPU INDIKATOR
NORMAL, UNDER/OVER
VOLTAGE
Gambar 3.1 Diagram blok under/over voltage relay
Secara garis besar, sistem terdiri dari 3 blok utama, yaitu:
1.
Sensor tegangan. Bagian ini berupa unit masukan dari alat yang dirancang. Fungsi
sensor tegangan ini adalah untuk mendeteksi kondisi tegangan saluran yang
diamankan apakah normal, terjadi kenaikan atau penurunan tegangan melebihi
toleransi yang diijinkan.
2.
Unit proses: Alat yang digunakan yaitu mikrokontroler ATmega328 sebagai
pengolah data dari keseluruhan sistem yang akan mengendalikan relay dalam
pemutus tegangan apabila terjadi under/over voltage. Pada mikrokontroller arduino
harus dibuat setting batasan tegangan under/over voltage dan setting batasan waktu
21
dalam satu gangguan. Dalam aturan distribusi tenaga listrik dijelaskan bahwa untuk
under voltage yaitu -10% dari tegangan normal, sedangkan untuk over voltage yaitu
+5% dari tegangan normal. Akan tetapi batasan waktu dalam satu gangguan yang
dibuat dalam proyek ini yaitu: untuk over voltage 5 detik dan under voltage 5 detik
dan batasan gangguan under voltage yaitu -5% dari tegangan normal dan +5%
untuk gangguan over voltage.
3.
Unit keluaran :
Relay akan bekerja ketika output dari mikrokontroler ATmega 328
tegangan yang dibaca terjadi drop tegangan atau lonjakan tegangan
melebihi settingan pada arduino.
Lampu indikator merah sebagai indikasi untuk tegangan di bawah nilai
toleransi/tegangan minimum yang diijinkan.
Lampu indikator kuning sebagai indikasi untuk tegangan normal.
Lampu indikator biru sebagai indikasi untuk tegangan melebihi nilai
toleransi/tegangan maksimum yang diijinkan.
LCD sebagai tampilan dari pembacaan tegangan yang masuk.
3.2.
Perancangan Rangkaian Sensor Tegangan
Pada perancangan ini trafo digunakan sebagai sensor tegangan karena: pada
transformator besarnya tegangan yang dikeluarkan oleh kumparan sekunder adalah:
1.
Sebanding dengan banyaknya lilitan sekunder (Vs ~ Ns).
2.
Sebanding dengan besarnya tegangan primer ( VS ~ VP).
3.
Berbanding terbalik dengan banyaknya lilitan primer.
Berikut Gambar 3.2 adalah perancangan sensor tegangan
22
V in
Gambar 3.2 Rangkaian sensor tegangan
Trafo berfungsi untuk menurunkan tegangan Vac, kemudian 4 buah diode silicon 2A
dirangkai seperti sebuah jembatan yang berfungsi untuk mengubah arus AC dan DC. Dari
proses tersebut rangkaian hanya mengalami satu kondisi meyebabkan arus dari AC
menjadi DC. Output tegangan dari rangkaian sensor tegangan ini tidak stabil dikarenakan
sumber tegangan dari PLN yang naik turun dari 220 volt AC menjadi -220 volt AC selama
50 kali dalam satu detik secara sinusoidal. Agar tegangan penyearah gelombang AC lebih
rata maka dipasang filter kapasitor pada bagian output atau setelah rangkaian diode, fungsi
kapasitor pada Gambar 3.2 untuk menekan ripple yang terjadi dari proses penyearah
gelombang AC. Supaya rangkaian sensor tegangan lebih sensitif terhadap perubahan
tegangan maka ditambahkan sebuah resistor untuk menghambat arus dan tegangan apabila
kapasitor masih menyimpan muatan ketika terjadi penurunan tegangan.
Tegangan input yang dapat diproses arduino maksimal 5 volt sehingga sehingga
rangkaian tersebut diberi beban. Bebannya berupa rangkaian pembagi tegangan, Jadi
tegangan outputnya akan bernilai setengah dari tegangan output sebelumnya.
3.3.
Perancangan Driver Relay
Transistor bipolar adalah komponen yang bekerja berdasarkan ada tidaknya arus
pemicuan pada kaki basisnya. Pada aplikasi driver relay transistor bekerja sebagai saklar
yang pada saat tidak menerima arus pemicuan, maka transistor akan berada pada posisi
23
Cut-off dan tidak menghantarkan arus, Ic=0. Dan saat kaki basis menerima arus pemicuan,
maka transistor akan berubah keadaan saturasi dan menghantarkan arus.
Berikut adalah gambar rangkaian driver relay
Gambar 3.3 Perancangan driver relay
Tegangan output dari ardunio menjadi input untuk rangkaian driver relay. Jika
tegangan output arduino high maka rangkaian driver relay akan men-drive relay on,
sebaliknya jika tegangan output arduino low maka relay akan off.
3.4.
Perancangan Catu Daya
Rangkaian catu daya berfungsi untuk memberikan catuan arus dan tegangan kepada
rangkaian-rangkaian yang membutuhkan suplai daya. Setiap alat-alat listrik atau alat-alat
elektronik membutuhkan catu daya agar dapat beroperasi dengan baik. Sumber catu daya
tersebut dapat diambil dari catuan PLN. Alat-alat elektronik yang mengambil catuan dari
sumber PLN mebutuhkan suatu rangkaian adaptor yang dapat mengubah catuan arus
bolak-balik menjadi catuan arus searah. Diagram blok dari rangkaian catu daya
diperlihatkan pada gambar 3.4 di bawah ini
SUMBER
PLN
STEP
DOWN
PENYEARAH
TAPIS
REGULATOR
Gambar 3.4 Diagram blok rangkaian catu daya.
24
5 V
LM
7805
220 Vac
GND
Gambar 3.5 Rangkaian catu daya
Transformator stepdown yang berfungsi untuk menurunkan tegangan dari 220 volt AC
menjadi 6 volt AC. Kemudian 6 volt AC akan disearahkan dengan menggunakan dioda,
selanjutnya 6 volt DC akan diratakan oleh kapasitor 4700 uF. Untuk keperluan catu daya
digunakan transformator dengan center tap (CT) agar bisa mendapatkan penyearah
gelombang penuh (full wafe). Output dari rangkaian tersebut digunakan untuk men-suplai
tegangan arduino dan tegangan relay.
3.5.
Perancangan Rangkaian Display
LCD berfungsi untuk menampilkan karakter dan nilai. Dalam perancangan ini
menggunakan sebuah layar LCD jenis BC 1602A yang merupakan LCD dua baris dengan
setiap barisnya terdiri dari 16 karakter. Masukan yang diperlukan untuk mengendalikan
modul ini berupa jalur data yang masih termultiplek dengan jalur alamat. Berikut gambar
koneksi pin LCD dengan arduino ditunjukkan pada Gambar 3.6
25
Gambar 3.6 Koneksi Pin LCD
Konfigurasi pin-pin LCD yang terhubung ke arduino adalah sebagai berikut:
1.
GND tersambung langsung dengan ground.
2.
VCC diberi tegangan sumber 5 Volt.
3.
VEE digunakan untuk rangkaian potensiometer yang berfungsi mengatur kecerahan
LCD.
4.
RS dihubungkam ke pin PD12. Pin 4 LCD untuk memberitahu bahwa sinyal yang
dikirim adalah data, jika pin 4 ini di setting ke logika 1 (high, +5V) memberitahu
bahwa sinyal yang dikirim adalah perintah.
5.
R/W di hubungkan ke pin ground. Pin ini digunakan untuk mengatur fungsi LCD.
Jika disetting ke logika 1 (high, +5V) maka LCD berfungsi untuk menerima data
(membaca data). Dan berfungsi untuk mengeluarkan data, jika pin ini disetting ke
logika 0 (low, 0V). Namun pada aplikasi ini hanya digunakan untuk menerima data,
sehingga dihubungkan ke ground.
6.
E dihubungkan ke pin PD11 arduino. Merupakan terminal enable LCD, logika 1
setiap pengiriman atau pembacaan data.
7.
DB4-DB7 dihubungkan ke pin PD2-PD5 arduino. Merupakan pin data, pada
aplikasi ini hanya menggunakan 4 bit MSB, sehingga hanya digunakan 4 pin saja.
8.
Anoda dihubungkan ke input V+.
9.
Katoda dihubungakan ke ground.
26
3.6.
Perancangan Kotak Under/Over Voltage Relay
14 cm
LCD 16X2
21 cm
Lampu indikator
over voltage
Lampu indikator
under voltage
Lampu indikator
normal voltage
Box panel Listrik
10.5 cm
Gambar 3.7 Perancangan kotak under/over voltage relay berbasis mikrokontroler ATmega
328
Pada perancangan chasing under/over voltage relay yang dibuat ini menggunakan
kotak panel listrik sebagai chasing. Indikator under, normal dan over voltage dirancang
pada kotak panel listrik bagian depan dan rangkaian mikrokontroler ATmega328
diletakkan didalamkotak panel listrik.
3.7.
Perancangan Perangkat Lunak
Perancangan dan pembuatan perangkat lunak dalam pembuatan under/over voltage
relay berbasis mikrokontroler ATmega 328 menggunakan bahasa pemograman C yang
digunakan untuk merancang program pada arduino. Dimulai dari pemograman LCD yang
akan digunakan untuk menampilkan kondisi rangkain lisrik apakah over voltage, under
voltage dan kondisi normal. Relay akan bekerja apabila tegangan melebihi batas nominal
dan maksimal yang ditetapkan.
Pejelasan flow chart sistem (Gambar 3.8):
Tegangan masuk.
Setting batas drop tegangan dan maksimal tegangan yang masuk.
27
Apabila tegangan masuk maka arduino akan membaca apakah drop
tegangan atau ada lonjakan tegangan.
Jika ada drop tegangan atau tegangan lebih relay tidak akan langsung aktif
karena bekerja sesuai dengan settingan waktu pada arduino.
Lampu indikator on ketika ada gangguan under/over voltage.
Relay akan memutus tegangan ketika under/over voltage melebihi settingan
pada arduino.
START
INIALISASI
TEGANGAN,
WAKTU
BACA
TEGANGAN
RESET
TIMER
RESET
TIMER
TIDAK
TEGANGAN
MASIH OVER?
TEGANGAN
MASIH OVER?
YA
YA
TUNGGU SELAMA
WAKTU SETTING
YA
TUNGGU SELAMA
WAKTU SETTING
YA
TIDAK
TIDAK
TEGANGAN
MASIH OVER?
YA
TEGANGAN
MASIH OVER?
YA
AKTIFKAN RELAY
PROTEKSI
LAMPU INDIKATOR
ON
Gambar 3.8 Flow chart sistem.
28
Berikut adalah listing program under/over voltage relay berbasis mikrokontroler
ATmega 328.
#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);
int biru = 6;
int merah = 7;
int kuning = 8;
int relay = 10;
int value= A0;
float voltage;
int vin = 0.0;
int buzzer = 13;
// include the LCD library
// mengaktifkan pin arduino dan
menentukan pin input/output
void setup()
{
Serial.begin(9600);
pinMode(biru, OUTPUT);
pinMode(merah, OUTPUT);
// inialisasikan pin mode
pinMode(kuning, OUTPUT);
pinMode(relay, OUTPUT);
menjadikan pin output/input
pinMode(value,INPUT);
pinMode (buzzer, OUTPUT);
lcd.begin(16,2);
}
void loop()
{
value= analogRead(A0);
// baca nilai sensor tegangan
voltage=(value/215.295);
//data ADC dibagi set poin tegangan
Serial.println(voltage);
// tampilkan nilai voltage pada serial
lcd.clear();
lcd.setCursor(5, 0);
// set posisi kolom dan baris pada LCD
lcd.print("VOLT");
// menampilkan VOLT
vin = voltage*64.553488; // data terbaca di tampilan pada LCD, teg reff dibagi output
sensor tegangan
{
if (voltage<=2.99)
// kondisi under voltage
{
digitalWrite(merah,HIGH);
// lampu indikator under voltage on
digitalWrite(buzzer,HIGH);
// buzzer on
digitalWrite(relay,HIGH);
// relay on
digitalWrite(kuning,LOW);
// lampu indikator normal voltage off
digitalWrite(biru,LOW);
// lampu indikator over voltage off
lcd.setCursor(0, 0);
// set posisi kolom dan baris pada LCD
lcd.print(vin);
// menampilkan besar tegangan
lcd.setCursor(0, 1);
// set posisi kolom dan baris pada LCD
lcd.print("UNDER VOLTAGE");
// menampilkan kondisi under voltage
29
Serial.println("UNDER VOLTAGE");
}
else if(voltage>=3.64)
{
digitalWrite(merah,LOW);
digitalWrite(relay,HIGH);
digitalWrite(biru,HIGH);
digitalWrite(kuning,LOW);
digitalWrite(buzzer,HIGH);
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print(vin);
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("OVER VOLTAGE");
Serial.println("OVER VOLTAGE");
serial
//menampilkan under voltage pada serial
// kondisi over voltage
// lampu indikator under voltage off
// relay on
// lampu indikator over voltage on
// lampu indikator normal voltage off
// buzzer on
// set posisi kolom dan baris pada LCD
// menampilkan besar tegangan
// set posisi kolom dan baris pada LCD
// menampilkan kondisi over voltage
// menampilkan kondisi over voltage pada
}
else{
// kondisi normal voltage
digitalWrite(kuning,HIGH);
// lampu indikator normal voltage on
digitalWrite(relay,LOW);
//relay off
digitalWrite(merah,LOW);
// lampu indikator under voltage off
digitalWrite(biru,LOW);
// lampu indikator over voltage off
digitalWrite(buzzer,LOW);
// buzzer off
lcd.setCursor(0, 0);
// set posisi kolom dan baris pada LCD
lcd.print(vin);
// menampilkan besar tegangan
lcd.setCursor(0, 1);
// set posisi kolom dan baris pada LCD
lcd.print("NORMAL VOLTAGE");
//menampilkan kondisi normal voltage
padaLCD
Serial.println("NORMAL VOLTAGE"); // menampilkan kondisi normal voltage pada
serial
//delay(5000);
}
delay(5000);}
// delay under/over voltage
}
30
BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1. Pengujian
Pengujian Tugas Akhir dimaksudkan untuk mengetahui apakah alat yang dirancang
sudah bekerja dengan baik sesuai dengan yang diharapakan. Dalam pengujian ini
dilakukan pengujian hardware yang meliputi pengujian: Pengujian catu daya, Pengujian
LCD, Pengujian driver relay, Pengujian sensor tegangan, dan Pengujian keseluruhan
under/over voltage relay. Pengujian under/over voltage relay dilakukan dibengkel MRW
dan Lab 507 di Politeknik Negeri Batam.
Berikut adalah peralatan yang dipakai dalam pengujian under/over voltage relay
berbasis mikrokontroler ATmega 328:
1.
Mikrokontroler ATmega 328.
2.
LCD 16 x 2.
3.
Alat ukur digital multimeter KYORITSU KEW 1061.
4.
Power supply DL 10113 M2 DELORENZO.
5.
Kontaktor.
6.
Lampu pijar 40 W.
4.1.1. Pengujian catu daya
Tujuan pengujian rangkaian catu daya dilakukan untuk mengetahui output dari
rangkaian catu daya dengan cara mengukur tegangan keluaran dari rangkaian catu daya
dengan menggunakan alat ukur digital multimeter.
31
7
LM
7805
8
Ground
Gambar 4.1 Rangkaian pengujian catu daya.
Berikut tabel hasil pengujian rangkaian catu daya.
Tabel 4.1 Hasil pengujian rangkaian catu daya.
NO
1
2
3
Titik Pengukuran
1-2
3-4
5-6
Tegangan
220 VAC
6 VAC
7 VDC
4
7 - Ground
7VDC
5
8 - Ground
5 VDC
Keterangan
Tegangan input pada trafo
Tegangan ouput pada trafo
Tegangan ouput pada kapasitor
Tegangan output tanpa IC
regulator
Tegangan output pada IC LM
7805
4.1.2. Pengujian LCD
Tujuan pengujian LCD adalah untuk mengetahui apakah tampilan LCD dapat
menampilkan data atau sesuai dengan perencanaan. Peralatan yang digunakan dalam
pengujian LCD adalah: Mikrokontroler ATmega 328 dan LCD 16 x 2.
32
Gambar 4.2 Hasil pengujian display.
Gambar 4.2 menunjukkan bahwa rangkaian tampilan LCD dapat bekerja dengan
baik, yaitu dapat menampilkan karakter/data sesuai dengan program yang dibuat pada
mikrokontroler.
4.1.3. Penggujian driver relay
Tujuan pengujian driver relay adalah untuk mengetahui apakah rangkaian relay
berfungsi sesuai dengan perancangan, yaitu jika tegangan output arduino high maka
rangkaian driver relay akan men-drive relay on, sebaliknya jika tegangan output arduino
low maka relay akan off.
33
6
Gambar 4.3 Pengujian driver relay
Tabel 4.2 Hasil pengukuran pada driver relay
NO
1
2
3
4
5
6
7
8
Kondisi pin out
arduino
High
Low
Titik
Pengukuran
1-3
4-3
6-3
2-3
1-3
4-3
6-3
2-3
Tegangan
4.83 V
4.7 V
0.8 V
0V
4.9 V
0V
0V
4.9 V
Keterangan Relay
ON
ON
ON
ON
OFF
OFF
OFF
OFF
4.1.4. Pengujian sensor tegangan
Tujuan pengujian sensor tegangan adalah untuk mengetahui hasil tegangan output
dari sensor tegangan. Pengujian dilakukan dengan cara menghubungkan suplai terhadap
rangkaian dibawah, kemudian fasa tegangan input AC dinaikkan atau diturunkan dengan
variasi tegangan dari 196 – 235 Vac. Hasil pengujian tersebut terlihat pada Tabel 4.3.
34
Gambar 4.4 Rangkaian pengujian sensor tegangan.
Gambar 4.5 Pengujian sensor tegangan dengan menggunakan power supply DE LORENZO DL
1013T1.
Berikut adalah tabel hasil pengujian rangkaian sensor tegangan.
35
Tabel 4.3 Hasil pengujian rangkaian sensor tegangan.
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
Titik
penukuran
1&2
196 V
198 V
200 V
202 V
204 V
206 V
208 V
210 V
212 V
214 V
216 V
218 V
220 V
222 V
224 V
226 V
228 V
230 V
231 V
233 V
235 V
Titik
Pengukuran
3&4
5.34 V
5.41 V
5.45 V
5.52 V
5.57 V
5.62 V
5.67 V
5.73 V
5.77 V
5.83 V
5.87 V
5.94 V
6.01 V
6.05 V
6.09 V
6.14 V
6.19 V
6.22 V
6.24 V
6.31 V
6.36 V
Titik
Titik Pengukuran
Pengukuran
7&8
5&6
5.94 V
2.99 V
6.05 V
3.03 V
6.14 V
3.07 V
6.22 V
3.11 V
6.3 V
3.15 V
6.38 V
3.19 V
6.43 V
3.21 V
6.51 V
3.25 V
6.56 V
3.28 V
6.66 V
3.33 V
6.72 V
3.36 V
6.82 V
3.41 V
6.88 V
3.44 V
6.91 V
3.46 V
6.98 V
3.49 V
7.08 V
3.54 V
7.13 V
3.56 V
7.2 V
3.6 V
7.21 V
3.61 V
7.28 V
3.64 V
7.35 V
3.67 V
Kondisi
Under voltage
Normal voltage
Normal voltage
Normal voltage
Normal voltage
Normal voltage
Normal voltage
Normal voltage
Normal voltage
Normal voltage
Normal voltage
Normal voltage
Normal voltage
Normal voltage
Normal voltage
Normal voltage
Normal voltage
Normal voltage
Normal voltage
Over voltage
Over voltage
4.1.5. Pengujian under/over voltage relay
Tujuan pengujian under/over voltage relay adalah untuk mengetahui apakah
peralatan sudah berfungsi sesuai dengan yang diharapkan, serta membandingkan data
output sensor tegangan dengan alat under/over voltage relay apakah sudah berfungsi yaitu
dapat mendeteksi adanya gangguan under/over voltage pada suatu rangkaian listrik. Dari
hasil pengukuran sensor tegangan Tabel 4.3, tegangan sebesar 196 V sudah melewati batas
toleransi under voltage sebesar -5% dari tegangan nominal, dan tegangan sebesar 233 V
sudah melewati batas toleransi over voltage sebesar +5% dari tegangan nominal yang
diijinkan. Penggujian under/over voltage relay sudah bisa dilakukan percobaan dengan
syarat under/over voltage relay belum tersambung ke beban.
Berikut adalah gambar hasil pengujian under/over voltage relay.
36
Gambar 4.6 Kondisi under voltage.
Pada gambar 4.6 relay under over voltage dapat bekerja dengan baik karena
tegangan pada power supply sebesar 195 V (Tabel 4.3) hal itu ditandakan dengan lampu
indikator yang berwarna merah menyala, buzzer on dan pada display menampilkan kondisi
under voltage.
Gambar 4.7 Kondisi normal voltage.
37
Pada Gambar 4.7 terlihat tegangan pada power supply sebesar 203 V, yang berarti
tegangan tersebut berada pada tegangan normal (Tabel 4.3). Output dari under/over
voltage relay adalah lampu indikator berwarna kuning on, buzzer off dan display
menampilkan kondisi relay normal voltage.
Gambar 4.8 Kondisi over voltage.
Pada gambar 4.8 tegangan output pada power supply sebesar 237 V, yang berarti
tegangan tersebut sudah melebihi tegangan normal (Tabel 4.3). Output dari under/over
voltage relay adalah lampu indikator biru on, buzzer on dan display menampilkan kondisi
over voltage.
4.1.6. Pengujian keseluruhan under/over voltage relay
Tujuan pengujian keseluruhan under/over voltage relay adalah untuk mengetahui
apakah relay under/over voltage bisa berfungsi sesuai dengan yang diharapkan, yaitu dapat
mendeteksi adanya gangguan drop tegangan (under voltage) dan gangguan tegangan lebih
(over voltage) dalam satu rangkaian listrik. Output dari rangkain relay dihubungkan
kerangkaian pemutus (kontaktor) yang diletakkan diantara beban dan sumber tegangan
yang berfungsi untuk memutus beban dari sumber tegangan jika terjadi gangguan under
atau over voltage pada sumber tegangan.
Pengujian dan pengambilan data rangkaian ini dilakukan dengan menggunakan
sumber tegangan satu phasa dan lampu pijar 40 W sebagai beban yang mewakili beberapa
peralatan listrik.
38
L1
N
Kontaktor
Beban
Lampu
Pijar 40 W
Output Sensor Tegangan
Gambar 4.9 Pengujian keseluruhan under/over voltage relay
39
Hasil pengujian under/over voltage berbasis mikrokontroler ATmega 328 terhadap beban.
Tabel 4.4 Hasil pengujian under/over voltage relay berbasis mikrokontroler ATmega 328.
V in
AC
196 V
198 V
200 V
202 V
204 V
206 V
208 V
210 V
212 V
214 V
216 V
218 V
220 V
222 V
224 V
226 V
228 V
230 V
231 V
233 V
235 V
V out Sensor
Tegangan
2.99 V
3.03 V
3.07 V
3.11 V
3.15 V
3.19 V
3.21 V
3.25 V
3.28 V
3.33 V
3.36 V
3.41 V
3.44 V
3.46 V
3.49 V
3.54 V
3.56 V
3.6 V
3.61 V
3.64 V
3.67 V
Alarm/
Buzzer
ON
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
ON
ON
Led Under
Voltage
ON
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
Led Normal
Voltage
OFF
ON
ON
ON
ON
ON
ON
ON
ON
ON
ON
ON
ON
ON
ON
ON
ON
ON
ON
OFF
OFF
Led Over
Voltage
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
ON
ON
Kondisi
Lampu
OFF
ON
ON
ON
ON
ON
ON
ON
ON
ON
ON
ON
ON
ON
ON
ON
ON
ON
ON
OFF
OFF
Dari Tabel 4.4 Hasil pengujian under/over voltage relay terlihat bahwa under/over
voltage relay sudah mampu memproteksi tegangan under, normal dan over voltage sesuai
dengan setting tegangan referensi under/over voltage yang dibuat, yaitu apabila besarnya
tegangan referensi yang dirasakan oleh sensor tegangan dibawah/diatas nilai setting
tegangan referensi under/over voltage maka mikrokontroler memerintahkan magnetik
kontaktor untuk memutus rangkain listrik dan alaram akan berbunyi , led akan menyala
dan display akan menampilkan kondisi relay under/over voltage sesuai dengan instruksi
mikrokontroler.
Berikut adalah gambar hasil pengujian under/over voltage relay berbasis
mikrokontroler ATmega 328.
40
Gambar 5.0 Kondisi under voltage
Gambar 5.0 adalah relay under/over voltage pada saat kondisi under voltage, lampu
indikator yang berwarna merah menyala yang merupakan indikator gangguan under
voltage, dan pada alat ukur digital multimeter menunjukkan tegangan sebesar 197.21 V
yang berarti tegangan tersebut berada pada kondisi tidak normal (under voltage) dan pada
bagian beban terlihat lampu pijar 40 W tidak menyala hal ini disebabkan karena
under/over voltage relay dapat memutuskan aliran listrik pada rangkaian tersebut dari
gangguan under voltage.
41
Gambar 5.1 Kondisi normal voltage
Gambar 5.1 adalah relay under/over voltage pada saat kondisi tegangan normal. Pada
Gambar 5.1 terlihat lampu indikator yang berwarna kuning menyala yang merupakan
indikator tegangan normal dan pada alat ukur digital multimeter memunjukkan tegangan
sebesar 219.31 V yang berarti tegangan tersebut berada pada kondisi tegangan normal.
Pada bagian beban, lampu pijar 40 W menyala.
42
Gambar 5.2 Kondisi over voltage
Gambar 5.2 adalah adalah relay under/over voltage pada saat kondisi over voltage,
lampu indikator berwarna biru adalah indikator adanya gangguan over voltage. Pada alat
ukur digital multi meter menunjukkan besar tegangan sebesar 233.69 V, yang berarti
tegangan tersebut sudah melebihi tegangan normal. Pada Gambar 5.2 telihat bahwa lampu
indikator biru menyala dan beban lampu pijar off dikarenakan adanya gangguan over
volatage. Relay under/over voltage bekerja dengan baik karena dapat mengamankan
peralatan listrik dari gangguan over voltage.
4.2.
Analisa Sistem
Tujuan analisa sistem adalah menganalisa hasil pengukuran dan pengujian rangkaian
terhadap data yang dihasilkan dari pengujian rangkaian.
4.2.1. Catu daya
Dari pengujian dan pengukuran Tabel 4.1 didapatkan bahwa tegangan yang
dihasilkan berupa tegangan yang konstan yaitu sebesar 7 Vdc dan 5 Vdc. Output 7 Vdc
digunakan untuk catu daya arduino, sedangkan output 5 Vdc digunakan untuk catu daya
Vcc driver relay.
43
4.2.2. Sensor tegangan
Dari hasil pengujiandan pengukuran sensor tegangan, hasil yang diukur pada batas
tegangan normal voltage yaitu pada tegangan input trafo sebesar 220 Vac dan pada
pengukuran output trafo didapat hasil 6.01 Vac selanjutnya hasil tegangan setelah
disearahkan didapat hasil pengukuran sebesar 6.88 Vdc, dan pada output sensor tegangan
didapat hasil sebesar 3.44 Vdc. Output tegangan setelah kapasitor diberi beban berupa
rangkaian pembagi tegangan yang menghasilkan ½ dari Vout sebelumnya, maka data atau
output sensor tegangan dapat diolah arduino karena maksimal tegangan yang dapat diolah
oleh arduino adalah 5 Vdc.
4.2.3. Rangkaian driver relay
Pada pengujian driver relay,driver relay akan men-drive relay on jika tegangan
output arduino high sebesar 4.7 Vdc (Tabel 4.2) maka arus akan mengalir menuju basis
transitor melalui sebuah resistor yang berfungsi menurunkan tegangan, dan pada basis
terdapat tegangan sebesar 0.8 V maka transistor berfungsi untuk mengaktifkan relay dan
akan menjadi saturasi karena kolektor dan emitor akan terhubung dan relay aktif.
Sebaliknya jika tegangan output arduino low maka relay akan off.
4.2.4.
Analisa keseluruhan under/over volatage relay berbasis mikrokontroler
ATmega 328.
Pada hasil pengujian keseluruhan under/over voltage relay dapat disimpulkan bahwa
alat under/over voltage sudah mampu memproteksi adanya gangguan drop tegangan
(under voltage) dan gangguan tegangan
lebih (over voltage) . Pada range antara
under/over voltage sering berubah ubah dikarenakan tegangan dari PLN yang tidak stabil.
Pengujian under/over voltage relay terhadap beban tidak ada masalah yang dihadapi,
pada saat relay kondisi under/over voltage rangkaian beban terhadap suplai listrik
langsung terputus setelah 5 detik (sesuai dengan delay settingan pada arduino).
Dalam pemilihan sensor tegangan hendaknya harus lebih selektif supaya
mendapatkan output yang sangat akurat. Dalam satu
rangkaian trafo tidak boleh
mengambil 2 input tegangan yang berbeda, misalnya untuk rangkain sensor tegangan 6V
dan untuk catu daya 12 V. Hal ini akan menyebabkan tegangan output sensor tegangan
akan naik 2 kali lipat dari output tegangan normal dikarenakan memiliki dua ground yang
berbeda.
44
BAB V
KEIMPULAN DAN SARAN
5.1.
Kesimpulan
Dari hasil perancangan, pembuatan, pengujian dan analisis sistem under/over voltage
relay berbasis mikrokontroler ATmega 328 maka dapat disimpulkan, antara lain:
1.
Dari pengujian alat under/over voltage relay berbasis mikrokontroler ATmega 328
yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa alat under/over voltage relay yang
dirancang dan dibuat dapat bekerja dengan baik, dalam arti alat ini dapat
mendeteksi adanya under voltage sebesar -5 % dan over voltage +5 % dari
tegangan nominal dan mampu mengaktifkan lampu indikator gangguan dan
membunyikan alaram saat settingan under/over voltage terlewati.
2.
Display dapat menampilkan besar tegangan yang ada pada input sensor tegangan,
dan juga menampilkan kondisi under/over voltage relay.
5.2.
Saran
Untuk sistem under/over voltage relay berbasis mikrokontroler ATmega 328 yang
lebih baik lagi, penulis menyarankan agar menggunakan:
1.
Menggunakan keypad eksternal untuk merubah konfigurasi under/over voltage
relay.
45
DAFTAR PUSTAKA
1.
Penjelasan papan arduino.
http://www.tobuku.com/docs/Arduino-Pengenalan.pdf) [diakses pada 5 July 2012]
2.
Jenis-jenis relay proteksi.
http://electricdot.wordpress.com/2012/11/03/jenis-jenis-relay-proteksi/[diakses
pada 12 July 2012];
3.
Peraturan menteri energi dan sumber daya mineral No: 04 Tahun 2009
tentang aturan distribusi tenaga listrik.
http://www.djlpe.esdm.go.id/modules/_website/files/37/File/permen%20no%204%20tahun%202009.pdf[diakses pada 25 juni 2013]
4.
Gangguan pada sistem tenaga listrik.
http://dosen.narotama.ac.id/wp-content/.../MODUL-1-Sistem-Distribusi.do[diakses
pada 26 juni 2013]
5.
tegangan jatuh (drop voltage)
http://modalholong.wordpress.com/category/bahan-kuliah/sistem-distribusi/[
diakses 27 juni 2013]
46
