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