prototipe pengukuran pemakaian energi listrik

KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.1 No.3 2016: 47-56
PROTOTIPE PENGUKURAN PEMAKAIAN ENERGI LISTRIK
PADA KAMAR KOS DALAM SATU HUNIAN BERBASIS
ARDUINO UNO R3 DAN GSM SHIELD SIM900
Yulizar*1, Ira Devi Sara*2, Mahdi Syukri*3
*Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Syiah Kuala
Jl. Tgk. Syech Abdurrauf No. 7, Darussalam, Banda Aceh, Indonesia
[email protected]
[email protected]
[email protected]
Abstrak— Paper ini bertujuan untuk merancang dan
menghasilkan sebuah prototipe sistem pengukuran
pemakaian energi listrik pada setiap kamar dalam satu
hunian menggunakan jaringan GSM. Rancangan Prototipe
ini menggunakan sensor tegangan dan sensor arus ACS721,
mikrokontroler ATmega 328P pada Arduino Uno R3 dan
menggunakan GSM Shield SIM900 sebagai alat komunikasi
antara pemilik hunian untuk mengetahui konsumsi energi
listrik dan biaya pemakaian energinya yang ditampilkan
langsung pada layar LCD sistem pengukuran. Nilai
pengukuran seperti tegangan dan arus diperoleh dari sampel
gelombang masukan sensor tegangan dan sensor arus.
Keakuratan dari prototipe sistem pengukuran ini diperoleh
dengan membandingkan hasil pengukurannya dengan alat
ukur digital lainnya yang terpercaya dengan tingkat akurasi
2%. Hasil pengujian diperoleh perbedaan pengukuran
tegangan sebesar 2.5% dan arus sebesar 1.0% dan 0.85%
serta Cos Phinya sebesar 2.0% dan energi listik sebesar 3.9%.
Dari hasil ini dapat disimpulkan, prototipe sistem
pengukuran energi listrik ini terpercaya dapat mengukur
energi listrik dengan tingkat akurasi yang tinggi.
Dari permasalahan tersebut diatas maka akan dirancang
sebuah prototipe sistem pengukuran energi listrik pada
setiap kamar dalam satu hunian secara spesifik yang hasil
pengukurannya dapat diakses melalui ponsel pengguna
listrik dengan menggunakan jaringan GSM.
II.
DASAR TEORI
A.
Pengukuran Daya Dan Energi
Daya listrik didefinisikan sebagai besarnya energi
listrik yang dikonsumsi atau dihasilkan setiap waktu oleh
peralatan listrik. Satuan SI daya listrik adalah watt yang
menyatakan banyaknya tenaga listrik yang mengalir per
satuan waktu (joule/detik) [1]. Berdasarkan jenisnya daya
listrik dapat dikategorikan menjadi 2 jenis, yaitu daya
listrik AC dan DC. Sebagian besar sistem kelistrikan dan
beban yang dilayani adalah daya listrik AC. Daya listrik AC
dapat dibagi menjadi tiga macam yaitu: daya aktif, daya
semu dan daya reaktif.
Pengukuran daya listrik dapat dilakukan dengan
metode Ampere meter, Voltmeter dan Cosphi meter.
Kata kunci : Sistem pengukuran energi listrik, kWh Meter,
Arduino Uno R3, Sensor Arus ACS712, Sensor tegangan.
Persamaan yang digunakan untuk Daya Listrik adalah [10]:
I.
PENDAHULUAN
Perkembangan tipe hunian modern di sekitar kampus
telah menimbulkan permasalahan dalam tagihan listrik
bulanan. Ini disebabkan oleh hanya tersedia satu meteran
listrik PLN untuk setiap rumah hunian. Pada umumnya
biaya tagihan listrik kamar ditentukan berdasarkan total
tagihan pada rekening listrik meteran hunian dibagi dengan
jumlah kamar. Cara penentuan biaya tagihan listrik untuk
setiap kamar dirasakan tidak adil bagi setiap penghuni
kamar. Ini disebabkan penghuni menggunakan beban listrik
yang berbeda.
P
1
 u  t   i  t  dt  U  I  Cos  
T
(1)
Dari rumus tersebut jika dimasukkan dalam waktu diskrit
yang diterapkan dalam arduino agar dapat menghitung daya
aktif seperti dalam prototipe maka rumus tersebut menjadi
:
P
Untuk mengatasi masalah penagihan listrik diatas dan
membuat penghuni setiap kamar puas juga senang dengan
besar tagihan maka diperlukan sebuah inovasi terbaru
sistem pengukuran energi listrik pada rumah kos yang dapat
mengukur pemakaian energi listrik secara spesifik per
kamar dan informasinya dapat dikirim secara otomatis ke
suatu sistem monitoring dan dapat diakses secara wireles
melalui jaringan GSM.
1
N
N 1
 u n  i n
(2)
N 0
 Perhitungan Cos Phi
Parameter untuk mendapatkan Cos Phi yaitu Real
Power dan Apparent Power.
Cos Phi =
Real Power
Apparent Power
(3)
47
Vol.1 No.3 2016
@2016 KItektro
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.1 No.3 2016: 47-56
• Total output error 1.5% pada Ta = 25 °C
• Memiliki resistansi dalam 1.2 mΩ
• Tegangan sumber operasi tunggal 5.0 V
• Sensitivitas keluaran 66 sd 185 mV/A
•Tegangan keluaran proporsional terhadap arus AC
ataupun DC
• Fabrikasi kalibrasi
• Tegangan offset keluaran yang sangat stabil
• Hysterisis akibat medan magnet mendekati nol
• Rasio keluaran sesuai tegangan sumber [3].
Real Power dan Apparent Power disini merupakan hasil
perumusan didalam program arduino. dimana pada tahapan
awalnya adalah masukan daripada sensor arus dan sensor
tegangan[2].
Energi listrik dapat diukur menggunakan kWh meter
kWh meter adalah alat ukur listrik digunakan untuk
mengukur pemakaian energi listrik. Pada penelitian ini
digunakan arduino Uno R3 sebagai prosessor untuk
menghasilkan prototipe pengukuran energi listrik. dimana
juga menggunakan sensor tegangan dan sensor arus
ACS712 untuk mendapatkan arus dan tegangannya.
2. Sensor Tegangan
Dalam penelitian ini dirancang sebuah sensor yang
dapat memfilter tegangan PLN, yaitu 220V menjadi max
5V yang disebut dengan sensor tegangan. Sensor tegangan
ini dirancang dengan menggunakan alat seperti trafo
stepdown, diode bridge, dan kapasitor.
Berikut adalah rumus untuk menghitung energi listrik pada
rumah :
kWh =
 V. I . Cos   t
1000
(4)
P. t
kWh =
1000
3. Arduino Uno R3
Arduino Uno adalah board berbasis mikrokontroler
pada ATmega328P. Board ini memiliki 14 digital input /
output pin (dimana 6 pin dapat digunakan sebagai output
PWM), 6 input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi
USB, jack listrik tombol reset.
Board Arduino Uno dapat beroperasi pada pasokan
daya dari 6 - 20 volt. Jika diberikan dengan kurang dari 7V,
bagaimanapun, pin 5V dapat menyuplai kurang dari 5 volt
dan board mungkin tidak stabil. Jika menggunakan lebih
dari 12V, regulator tegangan bisa panas dan merusak board.
Rentang yang dianjurkan adalah 7 - 12 volt [4], [5].
Dalam penelitian ini dibuatlah sensor tegangan. Dimana
dengan rancangan sensor tegangan ini maka arduino dapat
membaca tegangan masukan dan dapat diubah menjadi
tegangan sebenarnya yang diproses dalam arduino. dalam
rancangan sensor tegangan digunakan trafo stepdown yang
dapat menurunkan tegangan dari 220V menjadi lebih kecil
dari 5V agar dapat dibaca arduino[6].
Papan arduino tidak dapat membaca tegangan AC. Jadi,
untuk membuat sensor tegangan AC, diperlukan rangkaian
penyearah yang berfungsi untuk mengubah tegangan AC
menjadi tegangan DC. Penyearah yang digunakan dalam
penelitian ini adalah penyearah gelombang penuh dengan
menggunakan dioda bridge (non CT) [7].
Dimana :
V
= Tegangan ( Volt )
I
= Arus ( Ampere )
Cos φ = Faktor daya
t
= waktu pemakaian ( menit/jam )
kWh
= Kilo watt hours
P
= Daya aktif ( Watt )
B. Perangkat Pendukung kWh Meter
Berikut adalah peralatan yang digunakan sebagai
pendukung prototipe yang dirancang:
1. Sensor Arus ACS712
Sensor ACS712 adalah merupakan sensor untuk
mendeteksi arus. Sensor arus ACS-712 menggunakan
prinsip Hall Effect untuk mengukur arus. Sensor ini dapat
mengukur arus searah (DC) maupun bolak-balik (AC).
4. GSM Shield SIM900
GSM Shield SIM900 adalah sebuah papan breakout
dan sistem minimum modul SIM900 Quad-band/SIM900A
Dual-band GSM/GPRS. Dapat berkomunikasi dengan
controller melalui AT Command (GSM 07.07 ,07.05 and
SIMCOM enhanced AT Commands) [8].
Gambar 1 Sensor Arus ACS721
Modul sensor ini telah dilengkapi dengan rangkaian
penguat operasional,sehingga sensitivitas pengukuran
arusnya meningkat dan dapat mengukur perubahan arus
yang kecil. Sensor arus ACS712 memiliki tipe variasi
sesuai dengan arus maksimal yakni 5A, 20A, 30A.
Karakteristik sensor ACS712
• Memiliki sinyal analog dengan sinyal-ganguan rendah
(low-noise)
• Ber-bandwidth 80 kHz
48
Vol.1 No.3 2016
@2016 KItektro
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.1 No.3 2016: 47-56
Berikut adalah Prosedur penelitian yang dilakukan
dalam penelitian ini:
A. Perancangan Sistem
Pada perancangan sistem, power supply, semua sensor,
Display LCD, Beban, dan lampu dihubungkan agar dapat
dikontrol sepenuhnya oleh Arduino UNO R3 sehingga
memperoleh sebuah alat atau prototipe yang dapat berkerja
secara otomatis dan dapat mengukur konsumsi energi
listrik.
Gambar 2 Modul SIM900
Fitur pada GSM Shield SIM900:
•
•
•
•
Quad-Band 850/ 900/ 1800/ 1900 MHz
Dual-Band 900/ 1900 MHz
GPRS multi-slot class 10/8GPRS
Control via AT commands
III.
METODE PENELITIAN
Adapun tahapan-tahapan yang digunakan untuk
menghasilkan sebuah prototipe pengukuran pemakaian
energi listrik setiap kamar kos dalam satu hunian adalah
sebagai berikut:
Gambar 4. Skema Rancangan Hardware keseluruhan
Pada gambar diatas adalah skema rancangan sistem
secara keseluruhan menggunakan sensor tegangan sebagai
input, mikrokontroler ATmega 328P sebagai induk kendali,
dan menggunakan LCD dimensi 20X4 GSM Shield
SIM900 yang sebagai output untuk mengirimkan informasi
atau data pemakaian per kamar yang berupa informasi arus,
tegangan, Cos Phi dan W, dan kWh dari prototipe itu
sendiri melalui jaringan GSM ke ponsel user atau pemilik
kos.
Berikut adalah rancangan beberapa komponen utama
yang digunakan didalam prototipe ini :
1.
Rancangan Sensor ArusACS712
12Vdc
Gnd
Listrik 220Vac
Netral
Phase
Vcc
Gnd
Gnd
Gambar 3. Diagram Alir Tahapan Penelitian
In
Out
Arduino Uno
Prosedur penelitian dilakukan dalam beberapa tahap
diantaranya, memilih peralatan yang digunakan,
pembuatan program, perancangan sistem, aplikasi dan
pengujian prototipe, pengujian yang dilakukan pengujian
awal dan pengujian sistem ke beban. Indikator keberhasilan
yang ditetapkan yaitu apabila prototipe dapat membaca
daya listrik dengan akurasi yang tinggi. Dimana hasil
pengujian dibandingkan dengan alat ukur pembanding
terpercaya dengan selisih nilai yang hampir sama.
In
Vcc
Modul Sensor
Arus
5Vdc
A1
Gambar 5. Rancangan sensor arus
Sensor arus pada sistem ini digunakan untuk mengukur
atau membaca arus yang mengalir pada beban. Sensor arus
yang digunakan dalam prototipe ini yaitu sensor arus
ACS721 30A yang dipasang secara seri dengan beban. Vcc
sebagai sumber energi untuk menghidupkan sensor
49
Vol.1 No.3 2016
@2016 KItektro
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.1 No.3 2016: 47-56
ACS721, Output dari sensor ACS721 dipasang pada Pin A1
arduino dan ground dipasang pada Ground Arduino.
2.
Rancangan Sensor Tegangan
12Vdc Gnd
Gambar 8. Gelombang tegangan keluaran yang dihasilkan oleh
kapasitor
Listrik AC
220 Volt
Vcc
Gnd
3.
Kapasitor
Rancangan Modul GSM SIM900
Transformator
Step Down
Dioda Bridge
Arduino Uno
12V
5-12V
Power Jack
Power Jack
A2
Gambar 6. Rancangan Sensor Tegangan
Rancangan sensor tegangan ini menggunakan
rangkaian penyearah gelombang penuh agar arduino dapat
membaca gelombang tegangan masukan dari sensor
tegangan. Arduino dapat membaca tegangan DC maksimal
5V. Rancangan sensor tegangan dibuat menggunakan
transformator step down, diode bridge dan kapasitor
sebagai filter. Tegangan masukan dari belitan primer 220V
dan belitan sekunder pada 3V sebagai Vef. Sensor tegangan
ini dapat membaca gelombang tegangan AC yang masuk
ke analog pin arduino.
13
Rx
12
Tx
Arduino Uno R3
Modul GSM
SIM900
Gambar 9. Rancangan Modul GSM SIM900
Modul GSM SIM900 digunakan untuk mengirimkan
data per kamar secara wireles menggunakan jaringan GSM
ke ponsel user (penghuni/pemilik kos). Dari jangkauan dan
keunggulan modul GSM SIM900 dibandingkan dengan
perangkat wireless lainnya seperti modul Zigbee ataupun
modul Ethernet maka dilihat dari spesifikasi dari masingmasing modul dapat disimpulkan bahwa modul GSM
SIM900 lebih unggul dari pada modul wireless lainnya.
Berikut adalah rangkaian penyearah gelombang penuh
yang digunakan pada prototipe :
B. Pembuatan Program
Perancangan software yaitu memprogram sistem yang
dibuat menggunakan Arduino IDE.
Dalam prototipe ini ada beberapa parameter yang harus
diprogram untuk mendapatkan dan mengkalkulasikan
pemakaian energi listrik per kamar kos, parameter tersebut
adalah Tegangan (V), Arus ( I ) dan Daya aktif ( P ).
Gambar 7. Penyearah gelombang penuh dengan filter kapasitor
Pada rangkaian sensor tegangan ini digunakan satu
buah diode bridge, 2 kapasitor dengan spesifikasi 2200 uF
dan 220 uF, 35V. Proses penyearahan dengan
menggunakan trafo non CT. Dengan menggunakan
persamaan 5,6 maka didapatkan perhitungan sebagai
berikut :
Vef  0.707  Vm
Vm  Vef  0.707
Vdc 
Vdc 
Berikut adalah penjelasannya details cara mendapatkan
nilai sebenarnya dari V, I, P dan E pada Arduino Uno R3:
 Perhitungan Nilai Tegangan dan Arus
Untuk mendapatkan nilai tegangan dan arus, maka
sensor dikalibrasi agar mendapat variabel pengukur untuk
mendapatkan keakuratan sensor. Variabel tersebut
digunakan dalam program arduino. Yang mana dari
variabel tersebut dicari rata-rata dari data yang telah
didapatkan saat kalibrasi dengan menggunakan persamaan
regresi linear.
2Vm

2  3  0.707 
3.14
Vdc  2.7V
Sampai disini tegangan keluaran sudah disearahkan
dengan menggunakan diode,akan tetapi masih beriak naik
turun. Dengan menggunakan kapasitor sebagai filter akan
membuat gelombang tegangan keluaran lebih halus dan
tidak beriak, seperti pada Gambar dibawah ini :
 Perhitungan Cos Phi
Parameter untuk mendapatkan Cos Phi yaitu Real
Power dan Apparent Power. Menggunakan persamaan 1.
Persamaan yang digunakan untuk mendapatkan Real
50
Vol.1 No.3 2016
@2016 KItektro
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.1 No.3 2016: 47-56
Power tersebut adalah persamaan 2 [9]. Dari persamaan
tersebut jika dimasukkan dalam waktu diskrit yang
diterapkan dalam arduino agar dapat menghitung daya
aktif seperti dalam prototipe maka persamaan tersebut
menjadi persamaan 3 dalam subbab II.
A. Rancangan Prototipe
Prototipe alat ukur daya dan energi listrik yang
dihasilkan dari penelitian ditunjukkan pada gambar 11
dibawah ini:
4
5

Perhitungan daya aktif dan energi.
Untuk mendapatkan nilai daya aktif dan energi maka
juga di program dengan rumus seperti teori pada 2.1 .
berikut adalah programnya :
1
10
2
11
3
12
13
6
7
8
9
Gambar 11 Rancangan Prototipe
Dimana Cos Phi merupakan konstata yang sama dengan
PowerFactor yang telah ditentukan seperti diatas. Pada
prototipe ini sudah ditentukan bahwa menggunakan dua
kamar, dan program diatas bisa menghitung biaya
pemakaian listrik masing-masing per kamar.
Keterangan Gambar 11 sebagai berikut:
1. = Modul GSM SIM900
2. = USB Jack Arduino
3. = Sensor Arus 2
4. = Stop Kontak ( asumsi masing-masing kamar )
5. = Arduino Uno R3
6. = LCD dimensi 20 x 4
7. = Sensor Tegangan
8. = Sensor Arus 1
9. = Box Akrilik
10. = Power Supply
11. = Keypad
12. = Dc-dc Stepdown
13. = Kabel Jack
Mulai
Baca Analog ADC Sensor Arus
ACS
Konversi Nilai Biner Sensor Arus A CS Ke
Nilai Ampere
Baca Analog ACS Sensor
Tegangan 220 V
B. Data Hasil Penelitian
Konversi Nilai Biner Sensor Tegangan Menjadi
Volt 220 V
Dalam sub bab ini akan diuraikan data-data hasil
pengujian sebelum peralatan dirangkai, pengujian setelah
peralatan dirangkai dan pengujian pengiriman data jarak
jauh.
Hitung Cos Phi (KW/KVA)
Berikut adalah data-data hasil pengujian dalam penelitian
ini:
Hitung kwh Sesuai Informasi Arus , Tegangan,
dan Cos Phi.
 Pengujian Sebelum Peralatan dirangkai
1. Pengujian Sensor Tegangan
Pada pengkalibrasian dengan cara memberikan
tegangan dengan nilai yang berbeda-beda pada autotrafo
yang berada di Laboratorium energi listrik. setelah data
diperoleh maka dilakukan perbandingan dan dihitung galat
untuk mengetahi keakuratan dari sensor tegangan.
Tampilkan kWh
Selesai
Gambar 10 Diagram alir tahapan program
Data pengujian dapat dilihat pada Tabel 1 dibawah ini:
IV.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Tabel 1 Hasil pengujian sensor tegangan
51
Vol.1 No.3 2016
@2016 KItektro
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Pembacaan
Tegangan
Multimeter
(Volt)
11
23
83
116
141
168
184
192
203
211
Pembacaan
tegangan
Arduino
(Volt)
10
21
81
118
142
168
186
193
205
212
Rata-Rata Galat
e-ISSN: 2252-7036
Vol.1 No.3 2016: 47-56
Berikut adalah tabel data hasil kalibrasi sensor arus 2:
Galat
(%)
Tabel 3 Data Hasil Kalibrasi Sensor Arus 2
9.09091
8.69565
2.40964
1.72414
0.70922
0
1.08696
0.52083
0.98522
0.47393
2.56965
%
No.
Pembacaan
Arduino ( I )
1
2.51
2
3.05
4
3.18
6
Galat
(%)
2.514
0.15911
2.88
2.85
3
5
Pembacaan
Amperemeter ( I )
3.09
3.21
3.39
3.37
3.64
3.61
Rata-Rata Galat
1.04167
1.2945
0.93458
0.58997
0.82418
0.807335
Dari data hasil kalibrasi sensor arus 2 pada tabel diatas
dapat dilihat bahwa rata-rata galat ataupun error pada
sensor arus dua sebesar 0.807335% dan disimpulkan bahwa
sensor arus 2 mempunyai keakuratan yang tinggi sehingga
dapat digunakan untuk sistem pengukuran arus pada
prototipe.
Dari data hasil pengujian ataupun kalibrasi sensor
tegangan dapat dilihat bahwa sensor tegangan mempunyai
galat rata-rata sebesar 2.56965 % seperti pada Tabel 1
diatas disimpulkan bahwa sensor tegangan sudah bisa
digunakan untuk sistem pengukuran tegangan pada
prototipe.
3. Pengujian Faktor Daya
Pada pengujian faktor daya dilakukan dengan
memasukkan program tertentu dan keluaran program
tersebut dapat memperlihatkan perbedaan fasa antara
tegangan dan arus masukan dari sensor masing-masing
tersebut.
2. Pengujian Sensor Arus
Pada prototipe ini menggunakan dua sensor arus
ACS721 30 A. Dimana diasumsikan satu sensor arus yaitu
satu kamar kos.
Pada pengkalibrasian sensor arus
dilakukan dengan membandingkan output bit arduino dan
output
pengukuran
menggunakan
amperemeter.
Pengkalibrasian dilakukan untuk melihat keakuratan output
dari sensor agar ketika pemakaian dikemudian hari tidak
terjadi error. Pada penelitian ini di uji dua sensor arus
ACS721 30A secara terpisah.
Berikut adalah tabel data hasil kalibrasi sensor arus 1:
Berikut adalah tabel hasil pengujian faktor daya:
Setelah mendapatkan nilai kalibrasinya maka dilakukan
pengujian dengan memprogram dan menambahkan nilai
regresi yang telah didapatkan.
Tabel 4 Hasil Pengujian Faktor Daya
Tabel 2 Data Hasil Kalibrasi Sensor Arus 1
No
N
o.
Pembacaan
Arduino ( I )
Pembacaan
Amperemeter ( I )
Galat ( %
)
1
2.49
2.50
0.4
2
2.83
2.81
0.71174
3
3.03
3.09
1.94175
4
3.17
3.21
1.24611
5
3.35
3.38
0.88757
6
3.59
3.62
0.82873
Rata-Rata Galat
CosPhi Meter (φ)
1
0.69
2
0.72
3
0.86
4
0.93
5
0.95
6
0.98
Galat rata-rata
Arduino
(φ)
0.71
0.75
0.874
0.938
0.967
0.989
Galat (%)
2.89855
4.16667
1.62791
0.86022
1.78947
0.91837
2.043532
%
 Pengujian Setelah Peralatan dirangkai
Setelah peralatan dirangkai atau prototipe siap maka
dilakukan pengujian untuk melihat keakuratan sistem yang
telah dibuat. Pada pengujian setelah dirangkai dilakukan
dengan menghubungkan antara prototipe dan beban. Jenis
beban yang sering digunakan oleh penghuni kos-kosan
biasanya adalah tipe beban resistif dan induktif.
1.00265
Dari data hasil kalibrasi sensor arus 1 pada tabel
diatas dapat dilihat bahwa rata-rata galat ataupun error pada
sensor arus satu sebesar 1.00265%. dari hasil kalibrasi
tersebut dapat disimpulkan bahwa sensor arus 1
mempunyai keakuratan yang tinggi sehingga dapat
digunakan untuk sistem pengukuran arus pada prototipe.
52
Vol.1 No.3 2016
@2016 KItektro
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.1 No.3 2016: 47-56
Tabel 8 Hasil Pengukuran beban induktif menggunakan prototipe
Daya
Arus Tegangan
Cos
Energi
No
Beban
aktif
(I)
(V)
φ
(kWh)
(P)
Kipas
Angin
1
0.163
201
32.43 0.99
0.00810
(putaran
1)
Kipas
Angin
2
0.184
203
36.60 0.98
0.00915
(putaran
2)
Kipas
Angin
3
0.198
202
38.79 0.97
0.00969
(putaran
3)
4
Laptop
0.257
201
50.62 0.98 0.012655
1. Pengukuran beban resistif dan induktif menggunakan
multimeter
Berikut adalah tabel pengukuran pada beban resistif
dengan menggunakan multimeter:
Tabel 5 Hasil Pengukuran beban resistif menggunakan multimeter
Daya
Arus Tegangan
No
Beban
aktif
Cos φ
(I)
(V)
(P)
Lampu Pijar 25W 0.095
193
18.5
1
1
Lampu Pijar 40W 0.095
197
19.0
1
2
Lampu Pijar
0.385
197
76.5
1
3
100W
Solder
0.100
188
19.0
1
4
Setrika
1.28
196
250.88
1
5
Berikut adalah tabel pengukuran pada beban induktif
dengan menggunakan multimeter:
Pada Berikut adalah tabel pengukuran pada beban
resistif dengan menggunakan prototipe dengan penggunaan
beban ± 15 menit:
Tabel 6 Hasil Pengukuran beban induktif menggunakan multimeter
Arus
Tegangan Daya aktif
No Beban
Cos φ
(I)
(V)
(P)
Kipas Angin
0.160 197
31
0.99
1
(putaran 1)
Kipas Angin
0.180 197
35.5
1
2
(putaran 2)
Kipas Angin
0.195 197
38.5
0.98
3
(putaran 3)
PC / Laptop
0.255 198
50.5
1
4
3. Pengujian Pengiriman data jarak jauh
Pengujian dilakukan menggunakan modul GSM
SIM900. Pengiriman data diuji dengan mengirimkan datadata pada prototipe seperti tegangan, arus, daya, Cos Phi,
energi dan biaya dengan permintaan ataupun perintah
pengguna ( pemilik / penghuni ). Data-data prototipe yang
dikirimkan masing-masing per kamar.
Dalam pengujian ini telah dideklarasikan parameter
program untuk masing masing kamar dan ditentukan kata
kunci yang harus dikirim oleh pengguna untuk mengetahui
konsumsi energi listrik ditiap kamar kos dalam satu hunian.
Berikut adalah program kata kunci untuk mengetahui
mengetahui konsumsi energi listrik ditiap kamar kos:
2. Pengukuran beban resistif dan induktif menggunakan
Prototipe
Prototipe yang dirancang juga dapat melihat energi
yang dikonsumsi beban listrik. pada pengukuran ini juga
akan dilihat energi yang dikonsumsi baik oleh beban resistif
maupun beban induktif.
Program kata kunci kamar 1 :
Berikut adalah tabel pengukuran pada beban resistif
dengan menggunakan prototipe:
Tabel 7 Hasil Pengukuran beban resistif menggunakan prototipe
Daya
Arus
Tegangan
Cos
Energi
No
Beban
aktif
(I)
(V)
φ
(kWh)
(P)
Lampu
0.00485
Pijar
0.098
198
19.40
1
1
25W
Lampu
0.00497
Pijar
0.098
203
19.90
1
2
40W
Lampu
0.01969
Pijar
0.388
203
78.76
1
3
100W
Solder
0.103
193
19.68
0.99
0.00492
4
Setrika
1.32
199
260.06
0.99
0.06501
5
Program kata kunci kamar 2 :
Kata kunci untuk melihat data kamar 1 adalah
“Kamar1” dan kata kunci untuk melihat data kamar 2 dalah
“Kamar2”.
C. Hasil dan Analisis
Pada Berikut adalah tabel pengukuran pada beban
resistif dengan menggunakan prototipe dengan penggunaan
beban ± 15 menit:
Berikut adalah tabel pengukuran pada beban induktif
dengan menggunakan prototipe:
Untuk mengamati dan menentukan perbedaan
keakuratan pengukuran maka dilakukan perbandingan
pengukuran yang telah dilakukan pada subbab sebelumnya
dari masing-masing beban yang menggunakan alat ukur
terpercaya dan menggunakan prototipe yang sudah
dirancang. Berikut adalah tabel persentase perbedaan
53
Vol.1 No.3 2016
@2016 KItektro
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
pengukuran beban resistif dan induktif menggunakan
multimeter dan prototipe:
No
1
1. Perbedaan keakuratan beban resistif
Berikut adalah persentase perbedaan arus pada beban
resistif dengan menggunakan multimeter dan prototipe:
2
3
No
1
2
3
4
5
Tabel 9 persentase perbedaan arus beban resistif
Arus
Arus
Perbedaan
Beban
Multimeter
Prototipe
(%)
(I)
(I)
Lampu Pijar
0.095
0.098
3.15789
25W
Lampu Pijar
0.095
0.098
3.15789
40W
Lampu Pijar
0.385
0.388
0.77922
100W
Solder
0.100
0.103
3
Setrika
1.28
1.32
3.125
2.644
Rata-Rata Perbedaan
4
5
No
1
2
3
1
2
3
4
5
Tabel 10 persentase perbedaan tegangan beban resistif
Tegangan
Tegangan
Perbedaan
Beban
Multimeter
Prototipe
(%)
(I)
(I)
Lampu Pijar
193
198
2.59067
25W
Lampu Pijar
197
203
3.04569
40W
Lampu Pijar
197
203
3.04569
100W
Solder
188
193
2.65957
Setrika
196
199
1.53061
2.574446
Rata-Rata Perbedaan
4
No
1
2
3
Tabel 11 persentase perbedaan daya beban resistif
1
2
3
4
5
Beban
Daya
Multimeter
(I)
Daya
Prototipe
(I)
19.40
Lampu Pijar
18.5
25W
Lampu Pijar
19.0
40W
Lampu Pijar
76.5
100W
Solder
19.0
Setrika
250.88
Rata-Rata Perbedaan
19.90
78.76
19.68
260.06
1
1
1
1
0
0
1
0.99
1
0.99
Rata-Rata Perbedaan
1
1
0.4
Tabel 13 persentase perbedaan arus beban induktif
Arus
Arus
Perbedaan
Beban
Multimeter
Prototipe
(%)
(I)
(I)
Kipas Angin
0.160
0.163
1.78571
(putaran 1)
Kipas Angin
0.180
0.184
2.22222
(putaran 2)
Kipas Angin
0.195
0.198
1.53846
(putaran 3)
PC / Laptop
0.255
0.257
0.78431
1.582675
Rata-Rata Perbedaan
Berikut adalah persentase perbedaan tegangan pada
beban induktif dengan menggunakan multimeter dan
prototipe:
Berikut adalah persentase perbedaan daya pada beban
resistif dengan menggunakan multimeter dan prototipe:
No
Lampu Pijar
25W
Lampu Pijar
40W
Lampu Pijar
100W
Solder
Setrika
Cos 𝛗
Multimeter
(I)
1
2. Perbedaan keakuratan beban induktif
Berikut adalah persentase perbedaan arus pada beban
induktif dengan menggunakan multimeter dan prototipe:
Berikut adalah persentase perbedaan tegangan pada
beban resistif dengan menggunakan multimeter dan
prototipe:
No
Beban
e-ISSN: 2252-7036
Vol.1 No.3 2016: 47-56
Cos 𝛗
Perbedaan
Prototipe
(%)
(I)
1
0
4
Perbedaan
(%)
Tabel 14 persentase perbedaan tegangan beban induktif
Tegangan
Tegangan
Perbedaan
Beban
Multimeter
Prototipe
(%)
(V)
(V)
Kipas Angin
201
197
2.03046
(putaran 1)
Kipas Angin
203
197
3.04569
(putaran 2)
Kipas Angin
202
197
2.53807
(putaran 3)
PC / Laptop
198
201
1.51515
2.282343
Rata-Rata Perbedaan
Berikut adalah persentase perbedaan daya pada beban
induktif dengan menggunakan multimeter dan prototipe:
4.86486
4.73684
Tabel 15 persentase perbedaan daya beban induktif
2.95425
No
3.57895
3.65912
3.958804
1
2
Berikut adalah persentase perbedaan Cos Phi pada
beban resistif dengan menggunakan multimeter dan
prototipe:
3
4
Beban
Daya
Multimeter
(P)
Daya
Prototipe
(P)
Kipas Angin
31
(putaran 1)
Kipas Angin
35.5
(putaran 2)
Kipas Angin
38.5
(putaran 3)
PC / Laptop
50.5
Rata-Rata Perbedaan
Perbedaan
(%)
32.43
4.6129
36.60
3.09859
38.79
0.75325
50.62
0.23762
2.17559
Berikut adalah persentase perbedaan Cos Phi pada
beban induktif dengan menggunakan multimeter dan
prototipe:
Tabel 12 persentase perbedaan Cos Phi beban resistif
54
Vol.1 No.3 2016
@2016 KItektro
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.1 No.3 2016: 47-56
Tabel 16 persentase perbedaan Cos Phi beban induktif
No
1
2
3
4
Beban
Cos𝛗
Multimeter
Kipas Angin
0.99
(putaran 1)
Kipas Angin
1
(putaran 2)
Kipas Angin
0.98
(putaran 3)
PC / Laptop
1
Rata-Rata Perbedaan
Cos 𝛗
Prototipe
Prototipe dapat mengukur pemakaian energi listrik
disetiap kamar dan dapat memberi informasi biaya listrik
yang telah dipakai.
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan sistem
pengukuran prototipe ini dapat mengukur arus dengan
tingkat kesalahan 1.0% untuk sensor arus 1 dan 0.8% untuk
sensor arus 2. Tingkat kesalahan untuk pembacaan
tegangan 2.5%, cos phi 2.0%, daya 3.9%. Data
menunjukkan bahwa sistem prototipe yang telah dirancang
mempunyai nilai akurasi yang tinggi. Dengan penambahan
modul GSM SIM900 pada sistem maka akan membuat
sistem prototipe yang dirancang dapat menjadi smart meter
karena dapat mengirimkan data konsumsi energi listrik
setiap kamar ke ponsel pengguna ( penghuni/pemilik kos ).
Untuk penelitian lebih lanjut dapat digunakan
mikrokontroler dengan spesifikasi tinggi untuk
meningkatkan kinerja arduino dan pengiriman data dapat
ditambahkan dengan aplikasi android yang terhubung
dengan server online, sehingga pengguna dapat memantau
lewat ponsel pintar.
Perbedaan
(%)
0.99
0
0.98
2
0.97
1.02041
0.98
2
1.255103
3. Proses Data Jarak Jauh Menggunakan Modul GSM
SIM900
Penggunaan modul GSM SIM900 berfungsi sebagai
media untuk pengiriman data jarak jauh. Data yang
dimaksud adalah data tegangan, arus, Cos Phi , daya aktif ,
energi listrik dan biaya komsumsi per kamar dari prototipe.
Modul GSM SIM900 bekerja berdasarkan sinyal 3G GSM
layaknya sebuah ponsel.
Berikut adalah hasil pengujian data jarak jauh
menggunakan modul GSM SIM900 :
1.
UCAPAN TERIMA KASIH
Dengan terselesaikannya Karya Ilmiah ini, penulis
mengucapkan terimakasih yang sedalam-dalamnya
kepada :
1. Allah SWT atas limpahan karunianya sehingga
penulis dapat menyelesaikan Karya Ilmiah ini.
2. Orang tua dan keluarga yang telah banyak
memberikan bantuan, dukungan, semangat dan doa.
3. Ibu Dr. Ira Devi Sara, S.T., M.Eng.Sc dan Bapak
Mahdi Syukri, S.T., M.T selaku Dosen Pembimbing I
dan Dosen Pembimbing II yang telah menyediakan
waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengarahkan serta
membimbing dengan penuh keikhlasan saya dalam
penyusunan skripsi ini.
4. Bapak Ramdhan Halid Siregar, S.T., M.T dan Bapak
Syukriyadin, S.T., M.T selaku Dosen Penguji I dan
Dosen Penguji II, serta Bapak Dr. Rakhmad Syafutra
Lubis, S.T., M.T.selaku Ketua Komite Seminar Karya
Ilmiah.
5. Teman-teman mahasiswa teknik elektro, khususnya
angkatan 2011 dan seluruh pihak yang telah
membantu.
Data Kamar 1
Gambar 12 Hasil pengujian kamar 1
2.
Data Kamar 2
Akhir kata, semoga Allah SWT membalas segala
kebaikan semua pihak yang telah membantu dalam
penyusunan skripsi ini. Semoga skripsi ini bermanfaat bagi
pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi.
Gambar 13 Hasil pengujian kamar 2
V.
KESIMPULAN DAN SARAN
DAFTAR PUSTAKA
55
Vol.1 No.3 2016
@2016 KItektro
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.1 No.3 2016: 47-56
[1]
Halliday and Resnick (1974). "6. Power". Fundamentals of Physics,
1974.
[2] RapidTables. (2015) Power Factor. [Online].
Available:
http://www.rapidtables.com/electric/Power_Factor.htm
[3] DEPOK INSTRUMENTS. (2012, Mar.) ACS712 (Allegro CurrentSensor).[Online].Available:
https://depokinstruments.com/2012/03/29/sensor-arus-listrikacs712
[4] S. Monk, 30 "Arduino Projects for the Evil Genius. " McGraw Hill.
USA., 2010.
[5] F Djuandi, "Pengenalan Arduino Tingkat Pemula. ":
www.tobuku.com, 2011.
[6] Rida Angga. (2015, Mar.) Trafo Step down: Fungsi dan Kegunaannya
» Skemaku.com. [Online]. Available : http://skemaku.com/trafostep-down-fungsi-dan-kegunaannya
[7] Dr. Ir. Gator Priowirjanto, RANGKAIAN PENYEARAH. Jakarta,
Indonesia: Departemen Pendidikan Indonesia, 2003.
[8] Itead. (2015, Apr.) SIM900/SIM900A GSM/GPRS Minimum
SystemModule.[Online].Available:
https://itead.cc/wiki/SIM900/SIM900A_GSM/GPRS_Minimum_Sy
stem_Module
[9.] OpenEnergyMonitor. (2016) AC Power Theory - Advanced
maths.[Online].Available:https://openenergymonitor.org/emon/bui
ldingblocks/ac-power-advanced-maths
56
Vol.1 No.3 2016
@2016 KItektro