PERMODELAN SISTEM DAN DESAIN PENGENDALI PID DENGAN METODE CIANCONE DENGAN MENGGUNAKAN MATLAB SIMULINK PADA SISTEM PRESSURE PROCESS RIG

PERMODELAN SISTEM DAN DESAIN PENGENDALI PID DENGAN METODE CIANCONE DENGAN MENGGUNAKAN MATLAB SIMULINK PADA SISTEM PRESSURE PROCESS RIG 38-714 Ikhwannul Kholis1, Tri Joko2 1

Universitas 17 Agustus 1945 Jakarta, [email protected], [email protected] Abstrak Pengendalian system di dunia industri sangat diperlukan dalam keadaan offline sehingga proses produksi tidak terganggu. Permodelan system bertujuan untuk melakukan simulasi system dan mendesain pengendali untuk memperbaiki respon system, salah satunya dengan menggunakan pengendali PID. Permodelan system dan Pengendali PID dapat dilakukan dengan metode Ciancone. Salah satu system yang sering digunakan untuk dilakukan permodelan adalah system Pressure Process Rig. Pada penelitian ini, dilakukan permodelan system dan desain pengendali PID dengan metode Ciancone pada Sistem Pressure Process Rig 38-714 dengan menggunakan Matlab Simulink. Kata Kunci: Pengendali PID, Permodelan System, Pressure Process Rig 38-714, Metode Ciancone. Abstract Control System in industry is indispensable in offline mode so that the production process is not disrupted. Modelling System aims to simulate the systems and to design controller to improve response system, such as PID Controller. Modelling System and PID Controller can be done with Ciancone methods. The system which is usually used to do modeling is Pressure Process Rig System. In this study, Modelling System and Designing PID Controller were conducted with Ciancone method in Pressure Process Rig 38-714 System using Matlab Simulink. Keywords: PID Controller, System Modelling, Pressure Process Rig 38-714, Ciancone Method

1

PENDAHULUAN

Pengukuran dan Kendali proses merupakan hal yang sangat penting dalam proses industri. Pengukuran pada proses industri dilakukan untuk memperoleh variable yang dikontrol sehingga keluaran proses dapat dimanipulasi sesuai dengan keluaran yang diinginkan. Kendali proses merupakan suatu teknik kendali pada proses industri. Suatu proses industri biasanya memiliki plant yang tidak dapat diketahui secara langsung proses di dalamnya. Sementara keluaran dari sistem perlu untuk dikendalikan untuk mendapatkan keluaran yang diharapkan. Hal ini yang menjadi peran pengukuran dan pengendalian proses pada pentingnya proses industri. Pengukuran diperlukan untuk mengukur variable yang dikontrol untuk dilakukan feedback kepada sistem. Pengendalian proses berperan dalam memanipulasi keluaran sistem sehingga keluaran sistem sesuai dengan keluaran yang diharapkan. Pengendalian proses sangat erat kaitannya dengan proses identifikasi. Proses Identifikasi merupakan pengenalan suatu sistem atau plant yang akan dikendalikan. Hal ini dilakukan untuk membuat kontroler secara offline sehingga proses industri tidak terganggu. Simulasi dilakukan dengan mengidentifikasi sistem menjadi suatu transfer function sesuai dengan plant. Oleh karena itu, Proses identifikasi merupakan salah satu faktor penting yang menunjang keberhasilan dalam merekayasa suatu sistem kendali yang stabil, robust, dan mampu beradaptasi dengan baik terhadap lingkungan.

JURNAL KAJIAN TEKNIK ELEKTRO Vol.2 No.1

1

Kemudian, desain kontroler dilakukan bertujuan untuk memanipulasi input sehingga menghasilkan keluaran yang sesuai dengan keluaran yang diharapkan. Hal ini dapat dilakukan dengan membuat transfer function yang sesuai dengan plant dengan menggunakan data yang dihasilkan oleh plant. Dengan ilmu pengendalian proses, sistem dapat diidentifikasi menjadi transfer function. Kemudian, desain kontroler dilakukan untuk menghasilkan keluaran yang diharapkan. Proses identifikasi sistem dapat dilakukan dengan beberapa cara, salah satunya adalah Process Reaction Curve (PRC). PRC merupakan metode untuk mencari transfer function suatu sistem dengan menggunakan informasi dari grafik Response sistem. Dengan demikian, sistem dapat diidentifikasi untuk dapat dilakukan desain pengendali agar menghasilkan keluaran yang diharapkan.

2 2.1

LANDASAN TEORI Pressure Process Rig

Pressure Process Rig 38-714 adalah peralatan produksi PROCON yang digunakan untuk mengenalkan dan mendemonstrasikan prinsip-prinsip proses pengukuran dan pengendalian. Sistem yang disediakan adalah sistem kendali pneumatic sebagaimana yang biasa digunakan dalam industry. Secara umum Pressure Process Rig 38-714 terdiri atas jalur-jalur pipa yang terhubung pada Pneumatic Control Valve, Orifice Block, Flowmeter, pressure tapping, regulator, indikator tekanan, dan valve. Regulator R1 digunakan untuk mengendalikan tekanan yang diukur oleh G1. Regulator R2 digunakan untuk mengatur tekanan yang diukur oleh G3 atau G4 atau G5. Sementara indicator tekanan G6 digunakan untuk menunjukkan tekanan pada air receiver. Output yang dikendalikan pada penelitian ini adalah flow dari Pressure Process Rig.

(a)

(b)

Gambar 1. (a) Pressure Process Rig; (b) Cara Kerja Pressure Process Rig

Pada Gambar 1.b, menggambarkan cara kerja Pressure Process Rig. Pada Gambar 1.b., terlihat komputer memberikan sinyal digital yang masuk ke DAC, kemudian dikonversi menjadi tegangan analog antara 0.4-2V, kemudian masuk ke rangkaian V/I sehingga di konversi menjadi arus 4-20 mA. Arus ini akan masuk ke plant (pressure process rig) dan diubah dengan I/P converter untuk mengatur Pneumatic Control Valve. Aliran yang akan keluar di sense oleh differential pressure sensor yang bekerja dengan prinsip Bernaulli. Dengan transducer, nilai aliran akan dikonversi menjadi sinyal elektrik (arus). Arus kemudian dikonversi dengan rangkaian I/V menjadi tegangan. Tegangan dikonversi oleh ADC menjadi sinyal digital agar dapat dibaca oleh computer. Pressure Procee Rig tersusun dari beberapa komponen, yaitu Kompresor, I/P Converter, Control Valve, Pressure Sensor, Differential Pressure Process, Manual Valve, PC (yang di dalamnya terdapat ADC, DAC, dan PCI Card), Gauge, dan Regulator. Kompresor merupakan pompa bertekanan yang berfungsi sebagai penyuplai udara ke semua saluran pipa. Kemudian, I/P Converter digunakan untuk mengubah arus listrik menjadi tekanan. Aliran udara akan bergerak melewati regulator, valve, pipa,


2

pressure sensor, dan gauge. Tekanan udara yang dibaca oleh pressure sensor akan diteruskan ke I/P Converter kemudian diubah ke Data Digital dengan ADC sehingga diperoleh data di PC. Pressure Process Rig digunakan untuk meneliti pengendalian proses, yaitu pengukuran controlled variable (CV), membuat grafik keluaran, dan percobaan kontroler yang telah didesain. CV yang digunakan adalah tekanan dan kecepatan aliran udara. Pada akhirnya, penggunaan Pressure Process Rig dilakukan untuk mencoba kontroler yang didesain agar CV dapat mencapai nilai yang diharapkan dengan error steady-state yang kecil.

2.2

Process Reaction Curve

Process Reaction Curve (PRC) merupakan metode yang digunakan untuk mengidentifikasi suatu sistem dengan menggunakan grafik Response sistem tersebut. PRC yang digunakan pada penelitian ini berupa PRC pada orde satu. Persamaan PRC orde satu adalah sebagai berikut.

(a)

(b)

Gambar 2. (a) Process Reaction Curve – Method I; (b) Process Reaction Curve – Method II

3

PEMBAHASAN

Pengambilan data pada Pressure Process Rig untuk dilakukan permodelan sistem tersebut. Pengambilan data dilakukan dengan memberikan input step dengan initial value sebesar 0.3 dan final value sebesar 1 dengan perubahan step dilakukan pada detik ke-5. Data tersebut diolah menjadi grafik response sistem sebagai berikut.

Gambar 3. Respon sistem Pressure Process Rig


3

3.1

Permodelan dengan Metode 1 (Process Reaction Curve) Dari Gambar 3, dapat dilakukan permodelan sistem sebagai berikut: t28% = 5.121 s



δ

t63% = 5.211 s

Gambar 4. Permodelan sistem Pressure Process Rig dengan Process Reaction Curve

Dengan menggunakan Gambar 2, diberikan persamaan Process Reaction Curve untuk memperoleh transfer function permodelan system Pressure Process Rig.

  FinalValue  InitialVal ue

[1]

Value 63%  InitialVal ue  (  63%)

[2]

Value 28%  InitialVal ue  (  28%)

[3]

  1.5(t 63%  t 28% )

[4]

  t 63%  

[5]

Kp 



[6]



G( s) 

Kp s e s  1

[7]

Dengan menggunakan Persamaan 1 sampai dengan persamaan 7, diperoleh data sebagai berikut. Tabel 1. Data Perhitungan Process Reaction Curve dari Grafik Gambar 4

Description Value Δ -0.351 Value(63%) 1.129 Value(28%) 1.252 τ 0.135


Description Value t(63%) 0.211 t(28%) 0.121 θ 0.076 Kp -0.351

4

Berdasarkan tabel 1, diperoleh transfer function berikut. Kp s e s  1  0.351  0.076s  e 0.135s  1

G( s) 

[8]

Berdasarkan persamaan 8, dibuat diagram blok dengan menggunakan SIMULINK MATLAB.

Gambar 5. Diagram blok permodelan sistem

Pada diagram blok yang ditunjukkan Gambar 5, digunakan Transport Delay untuk memodelkan dead time yang ada pada fungsi alih sistem, yaitu . Kemudian, digunakan constant untuk menaikan sistem pada nilai initial value sistem, yaitu 1.375. Blok tersebut dijalankan di MATLAB dengan memperoleh hasil berikut.

Gambar 6. Grafik Permodelan sistem dengan Process Reaction Curve

3.2

Design Pengendali PID dengan metode Ciancone

Untuk mendesain Pengendali PID dengan menggunakan metode Ciancone, diperlukan perubahan respon keluaran sistem. Output yang akan digunakan pada metode Ciancone adalah output yang mengikuti grafik input dengan menggunakan penambahan konstanta yang memiliki nilai sebesar 2 kali konstanta awal. Hal ini dimaksudkan agar sistem memiliki initial value yang sama dengan data yang diperoleh dan sistem menghasilkan keluaran yang mengikuti grafik masukan. Berikut adalah gambar diagram blok system permodelan yang telah dimodifikasi.


5

Gambar 7. Diagram Blok Modifikasi untuk metode Ciancone

Gambar 8. Grafik Sistem pada Diagram Blok Gambar 7

Untuk mendesain pengendali Ciancone dengan parameter Kp, , dan , diperlukan transfer function dari sistem pada Diagram Blok tersebut. Tabel 2. Data perhitungan Process Reaction Curve dari Grafik Gambar 7

Description Value Description Value Δ 0.351 t(63%) 0.211 Value(63%) 1.676 t(28%) 0.121 Value(28%) 1.553 θ 0.076 τ 0.135 Kp 0.351 Sehingga diperoleh transfer function sistem adalah

Kp s e s  1 0.351  e 0.076s 0.135s  1

G( s) 

[9]

Kemudian, berdasarkan transfer function G(s) tersebut, diperoleh nilai Kp = 0.351, θ = 0.088, dan τ = 0.132. Kemudian, untuk mencari pengendali Ciancone, digunakan bentuk umum dari Pengendali Ciancone, yaitu   1 dCV  MV  K c  E (t )   E (t )dt  Td I Ti 0 dt  

[10]

Untuk menentukan nilai Kc, Ti, dan Td, digunakan grafik Ciancone Set Point dengan menggunakan MATLAB sehingga diperoleh nilai Kc, Ti, dan Td masing-masing secara berturut-turut sebesar 2.76, 0.16, dan 0.012. Berikut grafik yang digunakan.


6

Gambar 9. Grafik Metode Ciancone

Dengan data tersebut, dapat dibuat blok diagram pengendali Ciancone sebagai berikut.

Gambar 10. Blok Diagram dengan PID controller metode Ciancone

Pada blok PID Controler, digunakan Kp, Ki, dan Kd dengan menggunakan persamaan berikut.

K p  Kc ; Ki 

Kc ; K d  K cTd Ti

[11]

Oleh karena itu, diperoleh Kp, Ki, dan Kd masing-masing secara berturut-turut sebesar 2.76, 17.25, dan 0.033. Berikut adalah grafik hasil dari sistem blok Diagram PID controller dengan metode Ciancone.

Gambar 11. Grafik hasil PID Controller metode Ciancone


7

3.3

Permodelan Pengendali Sistem metode Ciancone modified

Pada Gambar 11, diketahui bahwa initial state grafik berlawanan dengan input. Hal ini berarti grafik permodelan system tersebut masih bernilai negatif. Oleh karena itu, diperlukan modifikasi pada permodelan sistem. Untuk memodifikasi sistem, dilakukan pembalikkan respon dengan mengalikan sistem dengan gain -1. Agar grafik dimulai dari nilai initial value output sistem asli, dilakukan penambahan sebesar 2 kali besar respon. Berikut adalah blok diagram dengan metode Ciancone modified.

Gambar 12. Blok Diagram Sistem yang telah dimodifikasi

Blok diagram pada Gambar 12 menghasilkan grafik sebagai berikut.

Gambar 13. Grafik input dan output blok diagram sistem yang telah dimodifikasi

Pada Gambar 13, terlihat respon sistem masih belum dapat mengikuti input sehingga diperlukan desain pengendalian PID sistem.

Gambar 14. blok diagram simulink lengkap dengan pengendaliannya


8

Pada Gambar 14, terlihat system dikali dengan gain -1 dan ditambah dengan konstanta. Hal ini bertujuan untuk memperoleh nilai setpoint yang sama dengan yang ada di sistem Pressure Process Rig. Tampak bahwa blok controller PID-nya sesuai dengan persamaan 10. Dengan menggunakan mfile ciancone, diperoleh konstanta Kc = 2.79, Ti = 0.168, dan Td = 0.0105. Berikut adalah grafik hasil dari respon permodelan system dengan pengendali PID metode Ciancone modified:

Gambar 15. Grafik hasil

Tampak bahwa signal keluaran sudah mengikuti setpoint dengan baik. Pada Gambar 15, terlihat tidak terjadi overshoot untuk transient response dan steady state error bernilai mendekati nol. Hal ini menunjukkan bahwa pengendaliannya telah baik dan valid.

4

HASIL PENELITIAN Permodelan Sistem Pressure Process Rig sebelumnya diperoleh fungsi alih sebagai berikut. G( s)  

Kp

s  1

e s

 0.351  0.076s e 0.135s  1

[12]

Kemudian, dilakukan simulasi dengan menggunakan SIMULINK MATLAB untuk melihat hasil keluaran dari fungsi alih di atas. Berikut ini adalah blok diagram yang digunakan.

Gambar 16. Blok Diagram awal


9

Permodelan di atas menggunakan initial value 0.3 dan final value 1.3. Berikut ini adalah grafik hasil simulasi.

Gambar 17. Grafik Hasil Simulasi Blok Diagram awal

Dari grafik pada Gambar 17, terlihat bahwa grafik hasil permodelan sistem telah mengikuti grafik respon asli sistem. Pada grafik hasil permodelan sistem terdapat perbedaan nilai dengan grafik respon asli sistem pada keadaan steady state. Perbedaan ini terjadi akibat adanya truncation error pada saat mengambil parameter permodelan. Dengan grafik yang berosilasi pada sistem asli, nilai yang diambil untuk dijadikan parameter permodelan kurang akurat dan presisi sehingga menyebabkan perbedaan nilai pada saat kondisi steady state. Perbedaan ini cukup kecil sehingga dapat ditoleransi. Desain Pengendali Sistem dengan metode Ciancone menggunakan grafik Ciancone untuk menentukan parameter Kc, Ti, dan Td. Parameter ini diperoleh dengan menggunakan nilai dari permodelan sistem yang telah dilakukan. Dengan menggunakan mfile ciancone, diperoleh konstanta Kc = 2.79, Ti = 0.168, dan Td = 0.0105. Kemudian, berdasarkan persamaan tersebut, dilakukan permodelan blok diagram pada SIMULINK MATLAB. Berikut adalah blok diagram yang digunakan.

Gambar 18. Blok Diagram Sistem

4.1

Analisis Percobaan Pengendali PID Ciancone pada Sistem Pressure Process Rig

Pada percobaan Pengendali PID Ciancone pada Real Sistem Pressure Process Rig, digunakan pengendali PID yang telah dimodelkan sebelumnya, yaitu dengan Kc = 2.79, Ti = 0.168, dan Td = 0.0105. Pengendali PID yang telah disimulasikan di SIMULINK MATLAB dengan plant permodelan JURNAL KAJIAN TEKNIK ELEKTRO Vol.2 No.1

10

sistem Pressure Process Rig di awal digunakan pada blok diagram yang langsung tersambung pada sistem asli Pressure Process Rig. Blok Diagram yang digunakan adalah sebagai berikut.

Gambar 19. Blok Diagram Continous pada Real Pressure Process Rig.

Dari percobaan tersebut, diperoleh hasil grafik sebagai berikut.

Gambar 20. Grafik percobaan Continous

Dari grafik yang dihasilkan, terlihat bahwa response sistem mengikuti input yang diberikan. Input yang diberikan adalah init step dengan initial condtion 1.91 dan final value sebesar 2.2 pada percobaan continous. Init step memiliki step time 5 sec. Dan sampling time 0.001 untuk melihat response sistem yang lebih presisi. Berdasarkan Gambar 22, terlihat bahwa response sistem telah berhasil mengikuti input. Response terlihat memiliki rise time yang cepat. Response juga terlihat tidak memiliki overshoot sehingga kerusakan sistem akibat response berlebih dapat dihindari. Pada grafik juga terlihat bahwa sistem langsung stabil tanpa membutuhkan settling time yang lama. Sistem Pengendali PID Ciancone yang telah disimulasikan di SIMULINK MATLAB dapat bekerja di sistem Pressure Process Rig.


11

5

KESIMPULAN

Dari percobaan yang telah dilakukan, diperoleh kesimpulan sebagai berikut. 1. Pressure Process Rig dapat dimodelkan dengan persamaan orde 1 dengan menggunakan Process Reaction Curve.

2. Pada orde 1, Sistem dapat dikendalikan dengan menggunakan PID dengan parameter Kc = 2.79, Ti = 0.168, dan Td = 0.0105 dengan menggunakan metode ciancone. 3. Sistem dapat mengikuti set point yang diberikan. 4. Desain pengendali PID dapat dimodelkan dengan metode ciancone. 5. Untuk mendapatkan pengendali PID yang sesuai dengan keluaran, set point yang masuk ke sistem perlu dimodifikasi menjadi terbalik. 6. Berdasarkan grafik, set point hasil modifikasi berhasil menggantikan set point sebelumnya. 7. Pengendali PID Continous yang telah dimodelkan pada saat simulasi dapat digunakan pada plant asli, yaitu Pressure Process Rig. Keluaran Sistem Pressure Process Rig mengikuti setpoint yang diberikan. Pengendali PID Ciancone telah berhasil dilakukan.

6 [1]

[2] [3] [4] [5] [6] [7] [8]

REFERENSI Ashok Kumar, Rajbir Morya, Munish Vashishath. "Performance Comparison Between Various Tuning Strategies: Ciancone, Cohen Coon & Ziegler- Nicholas Tuning Methods." International Journal of Computers & Technology, 2013: 60. D.E. Seborg, T.F. Edgar, D.A. Mellichamp. Process Dynamics and Control. New York: Wiley, 1989. Marlin. Process Control: Designing Process and Control Systems for Dynamic Performance 2nd Ed. New York: McGraw-Hill, 2000. Nise, Norman S. Control Systems Engineering, 4th Ed. New York: John Wiley, 2004. Ogata, Katsuhiko. Modern Control Engineering, 2nd Ed. Jakarta: Erlangga, 1991. Pratomo, Vector Anggit. "Perancangan Pengendali PID Pada Pressure Process Rig (38-714) Berbasis Miktrokontroller AVR Atmega8535." Jurnal Teknik FTUP, 2012: 106-113. R. Ciancone, T. Marlin. "Tune Controllers to meet Plant Objectives." Control, 1992: 50-57. Shinskey, F.G. Process-Control Systems, Application, Design, and Tuning, fourth ed. New York: McGraw-Hill, 1996.


12

RANCANG BANGUN SLIDE TRAFO 3 FASA DENGAN MENGGUNAKAN KUMPARAN TOROID

Ahmad Rofii

1

1

Teknik Elektro UTA’45 Jakarta [email protected]

Abstrak Kebutuhan sumber tegangan yang memilki variable halus dapat dilayani dengan berbagai macam peralatan. Salah satu peralatan yang dapat dibangun untuk menghasilkan variable tegangan tiga fasa adalah auto transformator atau slide transformator. Membangun sebuah auto/slide transformator dapat direalisasikan dengan menggnakan kumparan toroid. Hasil yang diperoleh dengan membangun Slide transformatoryang menggunkan kumparan toroid dapat menghasilkan variasi tegangan berbanding lurus dengan variasi perbandingan transformator. Selanjutnya berdasar hasil pengujiaan bahwa transformator yang dibangun memilki para meter penyebab rglasi tegangan masih relatip kecil yaitu sebesar 1,8%. Kata Kunci: Auto/slide Transformator, Variabel, Tegangan Abstract Needs have variable voltage source fase can be served with a variety of equipment. One of the tools that can be built to generate three-phase voltage, The name is variable auto transformer or slide transformer, One of the tools that can be built to generate three-phase voltage, that names is variable auto transformer or slide transformer. Build an auto / slide the transformer can be realized by using a coil toroid. Results obtained , build using the build toroid coils transformator can generate voltage variation is directly proportional to the variation ratio of the transformer. that is transformer have voltage regulation causes is still relatively small in the amount of 1.8%. Keyword

1 1.1

: Auto/slide transformer, Varible, Voltage

PENDAHULUAN Latar belakang

Untuk menghasilkan Variasi tegangan arus bolak balik 3 fasa dapat dilakukan dengan berbagai cara, dengan menggunakan peralatn elektronik, transformator tap changer atau dengan Slide/auto transformer. Variable keluaran tegangan arus bolak balik 3 fasa dengan besar tegangan sampai 380 V bila menggunakan peralatan elektronik harus didesain sedemikaian rupa dengan cukup rumit dan mahal. Sebagai upaya lain untuk menghasilkan tegangan variable arus bolak balik tiga fasa dapat digunakan sistim tap changer, namun sistim ini memilki kekurangan yaitu variatif tegangan yang


13

diinginkan masih kasar. Sebagai upaya yang dapat dilakukan untuk menghasilkan variasi tegangan yang halus adalah dengan menggunakan sistim Slide Auto Transformator Auto Transformator adalah transformator yang hanya memilki satu kumparan transformator. Kumparan tersebut dapat besfungsi sebagai Primer sekaligus skunder. Variabel tegangan maksimum sisi skunder transformator sama dengan tegangan primer. Auto transformator berdaya kecil < 2500 VA. Berdasarkan bentuk fisiknya umumnya didesain membentuk silinder Toroid . Manfaat dari bentuk seperti silinder Teroid adalah adanya variasi tegangan sebanding dengan variasi perbandingan transformator dan dapat mempermudah dalam pengoperasian nya. Auto Transformator satu fasa saat ini dapat ditemui di toko toko penjual alat alat listrik, namun untuk auto tarnsformator untuk kapasitas 3000 VA tiga fasa di pasaran masih sulit ditemui, oleh karena itu untuk memenuh kebutuhan supali arus bolak balik tiga fasa variable, maka kami coba merancang bangun auto tarafo tigafasa 3000 VA dengan bahan dasar adalah auto trafo satu fasa. Dalam perancangan ini ditentukan parameter parameter umum transformator dengan cara mengikuti formula formula yang berkaitan.

1.2

Tujuan

Maksud dan Tujuan dalam rancang bangun ini adalah :untuk menghasilkan rancang bangun auto trafo 3 fasa yang dapat digunakan sebagai alat penghasil tegangan variable 3 fasa yang halus.

2 2.1

METODE PERANCANGAN Bentuk Kumparan

Untuk memudahkan penggunaan hasil perancangan bentuk liltan yang berkaitan dengan karya tulis ini adalah liltan inti Toroid dimana lilitan inti bentuknya sederhana membentuk silinder yang telah ada dipasaran.Kumparan ini berbentuk Donat yang mengahasilkan medan magnet luar berbentuk kutub utara dan selatan. Kumparan di bagi dalam dua bagian yaitu kumparan dengan inti tetap dan kumparan dengan inti bergerak. Bentuk inti kumparan bermacam macam induktor solenoid, kumparan inti Toroid and kumparan bentuk inti. Bentuk liltan yang berkaitan dengan karya tulis yang akan dirancang adalah menggunakan kumparan selenoid inti besi tetap adalah lilta inti Toroid dimana lilitan inti bentuknya sederhana membentuk silinder. Kumparan ini berbentuk Donat yang mengahasilkan medan magnet luar berbentuk kutub utara dan selatan. Pada kumparan toroid besar medan magnet di pusat atau titik tengah ditentukan berarkan hukum amper yaitu dengan formula sebagai berikut

B. 2 . . r   . N . l …………………………………1 Dimana


14

B

 . N .l ………………………………………...2 2 . . r

Besar induktnsi dapat dihitung dengan cra yang sama perhitungan pada coil penghantar yaitu dengan:

L

 . N 2. A ……………………………………….3 2 . ; r

Dimana L adalah iduktor, µ adalah permeabolitas, N adalah Jumlah lilitan, r= Jari jari lingkaran garis telah luas pemanpang kumparan, dan A adalah luas penampang

2.2

Perhitungan berat kawat

Autotransformator adalah transformator dimana kumparan primer dan sekunder menjadi satu. Seperti gambar dibawah berikut N1 i1

i2 N1

i2

i1 V2

Sisi TR

N2

i3

V1

N2

V2 i3

Sisi TT

V1

Ekivalen ototransformer penaik tegangan

Gambar. 1 Rangkaian Auto Transformator 1 fasa Dimana i3  i2  i1 I N2 N 1 V1  , 1 1  2 , a V2 I 2 N1  N 2 N1 V2 N2 N  1  2 , V1 N1  N 2 N1

…………………….4

V2 I 1 1   V1 I 2 a

Mentransformasikan energy listrik dengan auto transformator adalah penghematan kawat karena Volume dan berat kawat sebanding dengan panjang dan penampang kawat. Panjang kawat adalah sebanding dengan jumlah lilitan dan penampang kawat serta tergantung dari arusnya. Sehingga berat kawat adalah sebanding dengan hasil kali arus dan jumlah lilitan. Dengan berpedoman kepada


15

CU O Tr  Berat kawat tembaga auto trafo  ( N1 N 2 ) I 1  N 2 ( I 2  I 1 ) Cu Tr  Berat tembaga auto trafo  N1 I 1  N 2 I 2

Sehingga

CU OTr ( N1  N 2 ) I 1 1 ………………………………………...5   1 CU Tr N1 I 1  N 2 I 2 a 2.3

Bahan utama

Bahan utama yang digunakan adalah Kumparan donut dari sebuah transformator satu fasa, selai bahan tersebut untuk mendesain sebuah transformator bahan yag sangat penting adaIah isolator isolator adalah bahan penyekat yang tidak dapat dialiri arus listrik.Ada dua buah macam bahan isolasi yang dipergunakan pada transformator,yaitu: 1.Zat padat 2. zat cair. Isolasi zat cair pada transformator antara lain: Minyak mineral ( Minyak trafo ) yang mana meskipun berfungsi sebagai pendingin,juga merupakan isolasi tegangan tinggi yang baik pada transformator. Dalam perancangan ini bahan isolasi yang digunakan adalah: • Press board listrik • kertas • Kayu • Mika , fiber,dll

2.4

Konstruksi Transformator Konstruksi transformator secara umum terdiri atas:

- Inti yang terbuat dari lembaran plat besi lunak atau baja silikon yang diklem menjadi satu. - Belitan dibuat dari tembaga yang membelitkan pada inti dapat konsentris maupun spiral. - System pendinginan transformator yang berkapasitas kecil menggunakan udara terbuka, untuk transformator yang berkapasitas besar system pendinginan dengan menggunkan minyak trafo. Sedangkan konstruksi transformator berdasarkan kumparan,secara umum terbagi menjadi dua macam type yaitu - Core type (jenis inti) yakni kumparan mengelilingi inti dan Shell type (jenis cangkang), yaitu inti mengelilingi belitan. Kontruksi yang direncanakan dalam rancang bangun ini adalah Transformator Donut core type tiga tumpuk yang saling terhubung dank arena kaasitas kecil pendingin adalah udara terbuka.


16

2.5

Alat dan Bahan

Untuk rancang bangun auto trafo 3 fasa, kita mengunakan kumparan Toroida 3 buah yang nantinya akan dijadikan dan disusun dengan sedemikian rupa sehingga menjadi autotrafo 3 fasa., isolasi (mika ,nomek,veternak),timah dan kabel, Sedangkan peralatan standar yang digunakan adalah Solder, toolbox ( Tang,obeng,kunci pas / ring, Mikrometer, jangka sorong, gergaji besi, gerinda, bor listrik dan alat bantu lainnya. Alat dan bahan yang akan digunakan dapat diuraikan sebgai berikut.

2.5.1 Lidah Arang Lidah arang ini berfungsi sebagai penghantar tegangan output .Lidah arang ini bersifat flexsibel sehingga dapat digeser naik turun.

Gambar 2. Lidah arang

2.5.2 Gulungan autotrafo Gulungan trafo ini berfungsi sebagai transformasi tegangan untuk menaikan dan menurunkan tegangan.Secara umum jenis kumparan terbagi menjadi : - Core type (jenis inti) yakni kumparan mengelilingi inti - Shell type (jenis cangkang), yaitu inti mengelilingi belitan. Jadi gulungan yang dipakai yaitu jenis core type berbentuk donut

Gambar.3 Kumparan Donut


17

2.5.3 Ring penyangga Ring plat ini diletakkan diatas gulungan yang berfungsi sebagai penyangga gulungan sekaligus sebagai poros as lidah arang.

Gambar 4. Ring penyangga

2.5.4 As poros lidah arang Pada bagian as ini berfungsi untuk as lidah arang,agar apabila lidah arang digerakkan tigatiganya ikut bergerak secara bersama.Sehinga tegangan output yang dihasilkan besarnya relative sama. As ini kita buat ketukang bubut,karena panjang as ini tiga kali lebih panjang dengan panjang as yang ada pada autotrafo satu fasa

Gambar 5. As poros lidah arang


18

2.5.5 As penyekat antar gulungan As ini digunakan sebagai penyekat dan penyangga tap antar gulungan,agar susunan yang diperoleh rapi dan tidak bergeser.

Gambar 6. As penyekat antar gulungan Dibawah ini adalah bagian-bagian atau komponen yang diperlukan sebagai langkah awal untuk merancang bangun autotrafo 3 fasa,yang terdiri dari 1. 2. 3. 4. 5.

Lidah arang sebanyak 3 pcs Gulungan trafo 1 fasa sebanyak 3 pcs Ring penyangga sebanyak 3 pcs As lidah arang sebanyak 1 pcs As penyekat sebanyak 6 pcs

Gambar.7.adalah merupakan pengumpulan bahan yang ada pada autotrafo satufasa kecuali as lidah arang kita pesan khusus.


19

Gambar 7. as lidah arang

2.6

Pengukuran Dimensi

Langkah selanjutnya kita lakukan pengukuran untuk memperoleh data-data sebagai berikut; Kapasitas daya, Diameter kawat 0,70 mm ( pengukuran dengan mikromerer), Jumlah lilitan Parameter hasil pengukuran data pada kumpran toroida digunakan untuk pembanding dengan auto trafo 3 fasa, .Dengan tujuan hasil rancangan kita layak untuk digunakan.

2.7

Proses Penyusunan Dan pengawatan

Pada langkah penyusunan gulungan disusun tumpuk keatas hal ini untuk memudahkan,dalam proses pergeseran lidah arang.Pergerakan lidah arang harus secara bersama-sama atau serentak agar tegangan output antar fasa relativ sama.Dalam hal penyusunan atau penempatan gulungan harus mengutamakan keselamatan.Hal ini dapat dilakukan dengan pemasangan isolasi sebagai penyekat gulungan,agar tidak terjadi kontak body. Isolasi tambahan yaitu veternak,veternak inilah yang digunkan sebagai sekat antar gulungan. Langkah-langkah penyusunan dalam perancangannya: 1. Memotong veternak uk.20 X20 Cm sebanyak 3 pcs Veternak ini nantinya digunakan sebagai tempat dudukan gulungan,veternak digunkan adalah dengan ketebalan 25mm.Bahan veternak ini mudah dijumpai di toko-toko kawat. 2. Mengebor veternak yang telah kita potong sebanyak tiga titik dipinggir sudut dan titi tengah.Untuk ukuran besar mata bor yang digunakan terdiri dua macam ukuran.Ukuran disesuaikan dengan besar diameter as penyekat yang diletakkan di tiga sisi sudut pinggir.Sedangkan satunya lagi dipakai untuk titik tengah yang dipakai untuk as arang lidah 3. Meletakkan gulungan diatas potongan veternak yang telah kita siapkan tadi dengan alaskan karet.Posisi gulungan diusahakan berada persis ditengah,hal ini dimaksudkan sebagai keseimbangan letak gulungan berikutnya. 4. Memasang ring penyangga kemudian di skru,hal ini agar gulungan tidak bergeser kekanan maupun kekiri. 5. Memasang as lidah arang,as lidah arang dipasang tegak berdiri posisi ditengah-tengah gulungan.


20

6. Memasang lidah arang,lidah arang berbentuk carbon sebagai transformasi output. 7. Memasang as penyekat pada tiga titik sisi pinggir yang telah kita bor tadi. 8. Meletakkan veternak ukuran 20 X20 cm diatas gulungan dengan jarak sesuai panjang as penyekat tadi. Tahap-tahap berikutnya dilakukan secara berulang sesuai step poin 3-8. Pada langkah pengawatan ,dikopel atau disambung dengan hubungan bintang

2.8

Pengujian Transformator

Setelah direncanakan dan dibuat, autotrafo tersebut lalu di uji.Pada pengujian autotrafo ini bertujuan untuk mendapatkan parameter parameter yang diperlukan sebagai bahan analisa.Dan hasil analisa merupakan sifat atau karakteristik dari autotrafo yang kita rancang.adapun tahapan pengujian antara lain : pengujian beban nol ,pengujian berbeban dan pengujian hubung singkat. Pada pengujian beban nol,berbeban maupun hubung singkat nantinya akan diukur tegangan,arus ,dan daya baik pada bagian input maupun outputnya

2.9

Pengukuran Beban Nol

Pengukuran beban nol dipakai untuk mencari rugi-rugi besi pada transformator. Rangkaian ekivalen pada keadaan transformator tanpa beban seperti gambar 3.1 dibawah ini, bila tegangan V diberikan pada sisi tegangan rendah (lebih rendah), maka akan mengalir Io pada impedansi bocor Z2 = R2 + jX2 (sisi tegangan yang lebih rendah) yang diseri dengan impedansi eksitansi Zo = Rc + jXm. karena pada Z2 << Zo maka Z2 dapat diabaikan tanpa mengurangi ketelitian.

A

W

TR

TT

V

Gambar 8. Gambar Rangkaian Percobaan beban nol

A V


W

Io Xm

21

Gambar 9 Rangkaian Ekivalen pengukuran beban nol

Bila hasil pengukuran ini didapat 1. Tegangan masuk (Vin) yang diukur dengan voltmeter, merupakan tegangan Vn sisi tegangan rendah (lebih rendah). 2. Arus beban nol (Io) yang diukur dengan ampermeter. 3. Daya, karena adanya rugi besi (histerisis dan arus putar) Pb = Pc yang diukur dengan wattmeter, dan rugi tembaga pada kumparan primer yang dalam hal ini dapat diabaikan.

Dari percobaan ini dapat dihitung :

Pc  I c Vin atau I c 

Rc 

Pc ......................................................................... 6 Vin

Vin V dan Z o  in atau X m  Ic Io

Z

2 o

 Rc2



atau Pc  I o Vin cos o  I o2  Rc  cos o  Pc I o Vin 

atau I o sin o danI c  I o cos o ................................................................ 7 Rc 

Vin V dan X c  in Ic Im

Bila Pc = Ic.Vin dan Ic = Vin/Rc maka akan didapat Pc = Vin/Rc. Dalam hal ini tegangan Vin merupakan tegangan pada keadaan tegangan pengenal pada sisi tegangan transformator.

2.10 Pengukuran Hubung Singkat Percobaan hubung singkat ini dapat dipakai untuk mencari rugi-rugi tembaga. Arus hubung singkat pada tegangan nominal akan sangat besar, hingga dapat merusak lilitan primer skunder karena panas yang timbul (karena rugi-rugi tembaga pada lilitan). Pada percobaan ini arus yang mengalir pada ampermeter diatur sedemikian hingga tidak menimbulkan panas yang berlebihan. Pada umumnya tegangan Vi sekitar 5 – 10 % dari tegangan nominal.


22

TT

W

A

TR

V

Gambar 10. Rangkaian Percobaan hubung singkat

Rek

Xek

W V

Ihs

A

Gambar 11. Rangkaian Ekivalen

Dalam keadaan hubung singkat, impedansi beban diperkecil hingga nol akibatnya I2 jauh lebih besar dibandingkan dengan Io. oleh karena V2 kecil dan akibatnya V1 juga kecil yang berartifluks magnetik dan kerapatan fluks (B) juga kecil, dan dapat diabaikan. Impedansi yang ada Zekl = Rekl + jXekl yang membatasi arus. Dimana ; Rekl = R1 + a2R2 dan Xekl = X1 + a2X2. Dari hasil pengukuran tersebut dapat dihitung, dimana Pcu = rugi tembaga.

Pcu  I 2 Rekl dan Z ekl 

Vhs atau X ekl  I1

Z

2 ekl



2 ……………………..8  Rekl

Pada umumnya R1 ≈≡a2R2 dan X1 ≈≡ a2X2, selain itu rugi-rugi tembaga sebanding dengan kuadrat arusnya. Tegangan hubung singkat (Vhs) sering dinyatakan dalam persen yaitu ;

Vhs % 

Vhs 100% ................................................................................................... 9 V1

Dimana V1 = tegangan nominal pada sisi primer Besarnya arus hubung singkat pada tegangan V1 :


23

I hs 

V1  I1 Vhs

I hs 

1

Vhs

V1 

 I1 

100  I1 ……………………………………………….10 %Vhs

2.11 Pengaturan Tegangan (Regulasi) Pengaturan tegangan suatu transformator adalah perubahan tegangan sekunder pada beban nol dan berbeban pada suatu faktor kerja tertentu, pada tegangan primer tetap, pengaturan tegangan ini pada umumnya dinyatakan dalam %.

Pengaturan tegangan % 

V2 (tanpa beban)  V2 (beban penuh) V2 (beban penuh)

100% …………….11

Pada keadaan tanpa beban dan semua sisi primer dinyatakan pada sisi-sisi sekunder maka

V2 (beban penuh) = V1(l/a) jadi dapat ditulis V2 (beban penuh) = V2 Pengaturan tegangan %  %V 

3 3.1

V1 a  V2 100% ………………….. 12 V2

ANALISA DAN HASIL RANCANG BANGUN Hasil Rancangan

Berdasar rancangan kemudian dibangun suatu transformator dan berbentuk suatu transformator 3 yang bisa berbagai macam fungsi yaitu untuk pengasutan motor,atau sebagai varibel tegangan tiga fasa dari 0-430 Volt.Bentuk hubunga tiga fasa dari Auto transformator untuk menghasilkan tegangan tersebut dapat menggunakan hubungan -Y, -,

3.2

Temperatur maksimum .

Isolasi yang di gunakan adalah isolasi ( email ) supreme yang memiliki klas F,dimana klas F memiliki daya tahan suhu maksimum 130C.Sengan demikian tranformator ini maju menahan panas sampai 130C. Berdasar hasil pengujian hubung singkat bahwa terjadi pergerakan isolasi ( panas yang membahayakan ) ketika arus sekunder mencapai 6 Amper.dan ini menunjukan bahwa tranformasi ini hanya boleh dibebani kurang dari 6 Amper Data teknis diatas adalah data acuan berdasar hasil rancang bangun yang kemudian di lakukan pengujian-pengijian untuk menghasilkan parameter trafo tersebut.


24

Gambar 12..merupakan hasil penyusunan auto trafo

3.3

Hasil Pengujian beban Nol

Pengujian beban nol dalam proses pengujian ini di lakukan pada kondisi trafo 1.Data hasil pengujian adalah sebagai berikut.

Input

Output

Tegangan

220 volt

250 volt

Arus Daya

0,3 A 6,6 W

Nol Nol

berdasar data tersebut maka dapat dketahui parameter Rc ( rugi tembaga ) , Xm,dan mpedensi exiter berdasar formula 2.13 dimana

RC  

IO ZO

dimana Zo adalah impedansi exiter I O  

E1 ZO

dimana Zo = Rc + J Xm. Sedangkan Rugi tembaga (RC) dapat dihitung dengan Rugi Tembaga RC  

E Hasil pengukuran tegangan termiinal priimer = RC   1 ZO ZO


25

Zo 

Vin 223 V   743,33 Io 0,3 A

Berikutnya dengan dasar formula sebagai berikut yaitu Rc 

Vin untuk menghitung besar rugi arus Ic

pemagnetan (IC) adaah

IC 

Hasil pegukuran daya input ( PO ) 0,3   0,00135 A Im edansi bebn nol ( Z O ) 223

Maka Rc 

223  165,18  0,00135

Untuk menghitung parameter yang lain untuk memenuhi besaran besaran yang ada pada rangkaian ekuivalen transformator hasil rancangan adalah dengan menentukan Tahanan, reaktansi dan Impedansi ekuivalen, engn metode sbagai berikut Z2 = R2 + X2

X  Z 2  R 2  743,332 165,18 2  50,625

3.4

Analisa hasil pengujian hubung singkat

Tujuan utama dalam pengujian hubung singkat adalah menentukan Rugi Tegangan, nilai tahanan dan nilai reaktansi transformator uji. Proses pengujian dilakukan pada koneksi satu fasa dan data yang diperoleh adalah

V 3 8 11 16 70

3.5

Input Cos  0,24 0,94 0,94 0,95 0,95

I 0,3 0,5 0,7 1,7 1,7

Output V 0 0 0 0 0

I 1,5 5,2 7,8 11,2 16,7

Nilai parameter Rangkaian ekuivalen Transformator

Dengan menggunakan formula Req = R1 + a2 R2 dimana a pada saat pengujian ini adalah 1, maka Req = R1 + R2 atau R1 = ½ Req dan R2 = ½ Req Dan Zeq = Req + Xeq Sama halnya dengan Req, Zeq = X1 + a2 X2

Z EX 

Teganganhasil pengukuran (V1 ) I 1 Hasil pengukuran


26

Sehingga hasilnya adalah sebagai berikut : Vin 3 8 11 16 20 Jika X  REq _ X Eq

Iin 0,3 0,5 0,7 0,95 0,95

dan REq 

Zeq 10 16 15,71 16,8 21,03

Pin Pin Dan Re q  2 2 I1 I1

maka diperoleh nilai nilai sebagai

Iin 0,3 0,5 0,7 1,7 1,7

R2 3,7 7,7 7,35 4,45 5,585

berikut Phs 0,666 3,85 7,238 25,84 32,3

Req 7,4 15,4 14,7 8,9 11,7

R1 3,7 7,7 7,35 4,45 5,585

Daya nominal trafo adalah 1000Va/fasa Maka arus nominal I N 

1000  4,5 A 220

Pada bagian sekunder maka equivalen dengan pengujian hubung singkat pada 8 volt input yaitu 5,2 ampere.Sehingga dalam keadaan nominal R1 dan R2 trafo tersebut adalah 7,7 ohm Maka nilai Xeq dapat ditentukan dengan

Xeq  Zeq  Re q Dengan hasil perhitungan:

Jika Z Eq 10  .dan REq  7,4.maka, X Eq  10  7,4  6,74 

Zeq 10 16 15,71 16,8

Req 7,4 15,4 14,7 8,9


Xeq 6,73 4,3 5,54 14,25

27

21,05

3.6

11,17

17.84

Regulasi Tegangan

Regulasi tegangan dihasilkan dengan cara pemberian beban beban nol dan pemberian beban penuh.Sedangkan pengukuran dilakkan pada sisi sekunder.data yang dihasilkan adalah sebagai berikut: Transformador Pada Beban Nol V2 : 3 volt I2 : 0 Ampere

Transformador Pada Beban Penuh V2 : 219 Volt I2 : 5 Ampere

Maka Regulasi tegangan adalah

%V 

V1/ a  V 2 223 / 1  219 X 100% %V  X 100% V2 219

=1,8 %

3.7

Analisa Data dan analisa pengujian

Berdasarkan hasil pengujian pengamatan dan analisa pada dasarnya transformator adalah alat transfer seluruh energi dari primer terhadap sekunder namun dalam realita(hasil rancangan) terbukti tidak semua energi primer ditransformasikan ke sekunder artinya masih ada energi yang terbuang atau tersimpan pada transformator -

-

Energi yang tersimpan dalam transformator ini direferensikan sebagai induksi cangkang dalam bentuk non magnetik diantara kumparan-kumparan dan dalam teori (equivalent circuit)adalah seri dengan kumparan (konstanta R ekuivalen) dan sebanding dengan arus yang mengalir pada sekunder(beban) Energi yang tidak disalurkan kesekunder(tersimpan) yang lain adalah dalam bentuk mutual induksi yang direverensikan dalam equivalent circuit (X equivalen) adalah pararel dengan gulungan

Konstatanta (R equivalen dan X equivalen) trafo tersebut adalah suatu representasi dari trafo sebenarnya (bukan ideal), Hasil rancang bangun menunjukan bahwa auto trafo ini memililiki regualasi tegangan 1,8% dan menurut standar PUIL bahwa tegangan rendah drop tegangan yang diijinkan adalah kurang dari 5 %, Jadi hasil rancang bangun dapat dipakai alat pratikum pada laboratorium atau juga dapat digunakan untuk kepentingan lain misalnya pengasutan motor tiga fasa kapasitas 3 Hp.


28

4

KESIMPULAN

Setelah dilakukan pengujian dan analisa pada hasil rancang bangun autotrafo dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: 1. Ketahanan panas bahan isolasi adalah kelas F atau suhu maksimum 130 ° Celsius sehingga auto trafo ini dapat digunkan untuk suhu ambien normal dan beban penuh 2. Kekuatan Penampang kawat (kumparan) dibawah 7 ampere, ini menandaan bahwa auto transformtor ini mampu di gunakan untuk beban 80% X 7 Amper 3. Kemampuan daya maksimal Autotrafo adalah 1000Va/fasa dan 3000Va dalam keadan tiga fasa 4. Regulasi tegangan atau tegangan yang terbuang kurang lebih 1,8%, regulasi tegangan sebesar ini dapat melayani beban beban yang beban toleransi tegangan 10 %

5

REFERENSI [1]. B.L. Teraja, a text-book of technology in s.i System of unit, publication division of NIRJA CONSTRUCTRION & DEVELOPMENT CO.(P) ltd, new delhi 1994. [2]. Stephen j.c ELECTRIC MACHINERY FUNDAMENTALS, McGraw-Hill Book Company 1985. [3]. Mochtar wijaya, ST, DASAR – DASAR MESIN LISTRIK, penerbit djambatan 2001. [4]. A. E. Fitzgerald, alih bahasa oleh Joko Achyanto, MSC. EE, MESIN-MESIN LISTRIK, edisi empat erlangga, 1997. [5]. Zuhal, prof, DASAR TEKNIK TENAGA LISTRIK DN ELEKTRONIKA DAYA, penerbit PT Gramedia Jakarta, 1992. [6]. Singh Barbir, Elektrical Machine Design, Vakas Publising House PVT, Bombay.

PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP DENGAN PERIPHERAL SLITS UNTUK APLIKASI TV DIGITAL

Syah Alam1, I Nyoman yogi w2 12

Universitas 17 Agustus 1945 Jakarta, [email protected], [email protected]

Abstrak Dalam paper ini dibahas tentang antena mikrostrip yang dirancang untuk aplikasi TV Digital (DVB T2) pada frekuensi kerja 586 MHz dengan menggunakan metode peripheral slits. Metode peripheral slits digunakan untuk membuat ukuran antena menjadi lebih kecil dan compact sehingga dapat digunakan untuk aplikasi TV Digital DVB T2 untuk kondisi dalam gedung (indoor). Antena yang di desain memiliki bentuk patch segiempat yang diberi beban beberapa slit untuk dapat membuat antena menjadi kecil. Bahan substrat yang digunakan pada perancangan antena ini adalah FR 4 Epoxy yang memiliki nilai konstanta dielektrik (єr) = 4,3 dengan ketebalan bahan (h) 1,53 mm. Dari hasil simulasi dengan bantuan perangkat lunak diperoleh nilai return loss -18,56 dB dengan nilai VSWR 1,269.


29

Kata Kunci: Microstrip, antena, return loss, VSWR, return loss, peripheral slits, patch Abstract In this paper discussed about microstrip antenna designed for application Digital TV ( DVB T2 ) at the working frequency of 586 MHz using peripheral slits . Methods used to make the peripheral slits become smaller antenna size and compact so it can be used for DVB T2 Digital TV applications for the conditions in the building (indoor ) . The antenna design has the shape of a rectangular patch which is loaded multiple slit to be able to make the antenna to be small . Substrate materials used in the design of this antenna is Epoxy FR 4 which has a dielectric constant values ( єr ) = 4.3 with a material thickness ( h ) of 1.53 mm . From the simulation results obtained with the help of software -18.56 dB return loss VSWR value 1.269 . Keyword

1

: WiMAX, Triangular, Microstrip, Antena, Return Loss, VSWR

PENDAHULUAN

Penyiaran televisi digital merupakan suatu teknologi yang tidak dapat dihindari oleh negaranegara manapun di dunia. Perkembangan teknologi penyiaran televisi digital menjadi suatu tuntutan global dimana setiap negara telah dan sedang dalam proses menuju peralihan dari sistem penyiaran analog ke digital. Keuntungan implementasi penyiaran televisi digital antara lain penerimaan gambar dan suara yang lebih tajam dan lebih baik, pemakaian frekuensi radio yang lebih efisien [1]. Menghentikan siaran analog akan menghemat penggunaan spektrum frekuensi radio. Standar penyiaran televisi digital juga telah mengalami perkembangan dari Digital Video Broadcasting – Terestrial (DVB-T) menjadi Digital Video Broadcasting – Terestrial second generation (DVB-T2). Pemerintah melalui Peraturan Menteri Komunikasi dan Informatika No. 05/PER/M.KOMINFO/2/2012 tentang Standar Penyiaran Televisi Digital Terestrial Penerimaan Tetap Tidak Berbayar (free-to-air), menetapkan standar DVB-T2 sebagai standar penyiaran televisi digital terestrial free-to-air di Indonesia [2]. Menteri Komunikasi dan Informatika Republik Indonesia nomor 23/PER/M.KOMINFO/11/2011 menetapkan Peraturan Menteri Komunikasi Dan Informatika tentang rencana induk (masterplan) frekuensi radio untuk keperluan televisi siaran digital terestrial pada pita frekuensi radio 478 – 694 MHz [3]. Kebutuhan teknologi ini memerlukan suatu perangkat yang dapat bekerja menjalankan fungsi sistem televisi digital tersebut. Salah satu perangkatnya adalah antena yang merupakan elemen penting yang ada pada setiap sistem televisi . Fungsi antena adalah sebagai komponen yang dirancang untuk bisa memancarkan dan menerima gelombang elektromagnetika. Pemilihan antena yang tepat, dan perancangan yang baik akan menjamin kinerja (peformansi) sistem tesebut. Setiap aplikasi menuntut suatu karakteristik dari antena yang dipakainya, yang harus didapatkan pada proses perencanaan perancangan antena [4]. Pada umumnya antena televisi menggunakan antena tipe yagi yang sudah banyak diketahui oleh masyarakat. Antena yagi ini mempunyai dimensi dan ukuran yang cukup tebal dan besar, kurang lebih sekitar 1 meter, sehingga biasanya antena ini digunakan sebagai antena outdoor (luar ruangan). Selain itu terdapat juga penelitian [5] yang memanfaatkan antena sebagai penerima televisi digital yaitu antena kubikal yang termasuk dalam jenis antena kawat untuk penerima televisi digital yaitu dengan panjang sekitar 85 cm. Dapat dilihat bahwa karakteristik dimensi antena yagi dan kubikal yang digunakan untuk penerima televisi digital masih cenderung besar dan kurang optimal sehingga dibutuhkan suatu antena yang mempunyai dimensi yang kompak. Salah satu antena yang mempunyai dimensi optimal dan kompak adalah antena mikrostrip. Antena mikrostrip merupakan antena yang tersusun atas bagian lapisan tipis konduktor berbahan metal dan logam di atas sebuah substrat yang dapat merambatkan gelombang elektromagnetik dan pada salah satu sisi lain dilapisi konduktor sebagai bidang


30

pentanahan. Antena mikrostrip mempunyai bentuk yang sederhana, efisien, ekonomis dan mudah pembuatannya. Keunggulan antena mikrostrip tersebut yang melatar belakangi perancangan antena mikrostrip sebagai penangkap siaran televisi digital. Namun demikian antena mikrostrip mempunyai kelemahan yang sangat mendasar, yaitu: bandwidth yang sempit, keterbatasan gain dan daya yang rendah [6]. Dan semakin kecil frekuensi maka semakin besar dimensi antena mikrostrip tersebut. Penelitian ini bertujuan untuk melakukan perancangan dan merealisasikan antena mikrostrip untuk aplikasi antena penerima televisi digital yang bekerja pada frekuensi 586 MHz dengan menggunakan teknik peripheral slits yang dicatu dengan saluran mikrostrip. Sedangkan manfaat dari penelitian ini adalah 1). menghasilkan suatu disain baru pada antena mikrostrip dengan dimensi yang lebih kompak, sehingga dapat digunakan sebagai antena penerima televisi digital, 2). menghasilkan disain antena dengan material yang mudah dan murah, 3). dapat menghasilkan prototip antena dengan performansi yang baik.

2 2.1

DESAIN ANTENA Diagram Alir Penelitian

Proses perancangan antena dilakukan melalui beberapa tahapan mulai dari menentukan frekuensi kerja yang diinginkan. Kemudian menentukan substrat yang akan digunakan. Setelah beberapa hal diatas telah dilakukan maka perancangan antena sudah dapat dilakukan, yaitu menentukan dan menghitung dimensi patch, menghitung dimensi pencatu, melakukan simulasi antena yang telah dirancang. Pada penelitian ini diperoleh prototipe antena penerima televisi digital dengan teknik peripheral slits yang dicatu dengan saluran mikrostrip. Adapun indikator parameter antena mikrostrip yang akan dicapai adalah antara lain meliputi parameter return loss, VSWR dan lebar pita, polaradiasi. Parameter return loss yang diharapkan adalah ≤ - 10 dB , VSWR < 2 dan polaradiasi omnidirectional dengan hanya menggunakan satu lapis substrat. Pada gambar 1 dibawah ini menunjukkan diagram alir perancangan antena. Pada peneletian sebelumnya teknik peripheral slits berhasil mereduksi ukuran patch antena dengan nilai yang signifikan [7]. START

Menentukan Frekuensi Kerja Antenna

Menentukan Substrat yang Digunakan

Menghitung Dimensi Antena Mikrostrip pada frekuensi kerja TV Digital

Menentukan Dimesi Saluran Pencatu 50 Ohm

Simulasi dengan Software yang tersedia Iterasi Panjang dan Posisi Pencatu Iterasi Patch Antena Return Loss ≤ -10 dB VSWR ≤ 2

Membentuk Antena Peripheral Slits

JURNAL KAJIAN TEKNIK ELEKTROSimulasi Vol.2dengan No.1 Software

31

Yang Tersedia Iterasi Panjang dan Posisi Pencatu Iterasi Patch Antena Return Loss ≤ -10 dB VSWR ≤ 2

Gambar 1. Diagram Alir Penelitian

2.2

Perancangan Antena

Setiap substrat memiliki spesifikasi yang berbeda-beda. Pada penelitian ini substrat yang akan digunakan adalah FR4 (epoxy) dengan merk NH. Jenis substrat ini digunakan karena memiliki ketebalan yang cukup kecil, bahan substrat yang mudah didapatkan dan memiliki nilai ekonomis bila dibandingkan dengan substrat Taconic TLY-5 tetapi memiliki kerugian tetapi memiliki kerugian yaitu memiliki konstanta dielektrik yang cukup besar sehingga dapat berpengaruh pada penurunan kinerja antena. Substrat FR4 (epoxy) memiliki spesifikasi seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1 berikut ini:

Tabel 1. Spesifikasi Substrat yang digunakan

Jenis Substrat

FR4 (epoxy)

Konstanta Dielektrik Relatif (  r )

4,3

Konstanta Permeabilitas Relatif (  r )

1

Dielectric Loss Tangent ( tan  )

0,0265

Ketebalan Substrat (h)

1,6 mm

Konduktifitas Bahan

5,8 x 107 S/m

2.2.1 Perancangan Impedansi dan Dimensi Pencatu Saluran pencatu yang digunakan pada antena ini adalah mikrostrip line dengan nilai impedansi sebesar 50 Ohm menggunakan teknik pencatuan tidak langsung. Dimensi saluran catu dapat dihitung dan di simulasikan dengan menggunakan perangkat lunak PCAAD.

2.2.2 Saluran Pencatu 50 Ω Pencatu 50 Ω digunakan sebagai pencatu utama dari antena rancangan yang akan terhubung dengan konektor SMA female. Lebar pencatu 50 Ohm dapat dicari dengan persamaan 1 dan persamaan 2.


32

…………………………………………………………………………… (1)

60 2 = 100 4.3 = 5,7 …………………..

(2)

= 2 x 0,0016{5,71 – 1 – ln (2 x 5,71 – 1) + 4,3 – 1 [ln (5,71 – 1) + 0,39 – 0,61] } Π

2 x 4,3

4,3

= 0,331 cm

Dengan menggunakan program PCAAD, akan didapatkan lebar pencatu seperti pada Gambar 2 dibawah ini :

Gambar 2. Tampilan Hasil Program PCAAD untuk mencari lebar pencatu 50 Ω


33

Dengan memasukkan parameter-parameter seperti impedansi, tebal, substrat dan dielectric constant, didapatkan lebar pencatu sebesar 0,311 cm atau 3,11 mm. Namun untuk menyesuaikan dengan ukuran grid yang dipakai pada Microwave AWR 2004 maka lebar ini dibulatkan menjadi 0,31 cm atau 3,1 mm.

2.2.3 Penentuan Dimensi Awal Antena Setelah mendapatkan spesifikasi mengenai substrat yang diinginkan, kemudian dilakukan perancangan patch peradiasi antena mikrostrip. Antena ini dirancang pada frekuensi kerja 586 MHz (478 - 694 MHz). Langkah awal perancangan patch antena dilakukan dengan menentukan dimensi dari patch tersebut. Perhitungan panjang patch persegi panjang dapat dihitung berdasarkan rumus 3 dibawah ini : .......................................................................................................

(3)

W = 12,34 cm = 123,4 mm Sedangkan konstanta dielektrik efektif dan panjang efektif antena mikrostrip dapat dihitung berdasarkan rumus 4 dan rumus 5 sebagai berikut

............................................................................

....................................................................................................


(4)

(5)

34

L eff

= 157,2 mm

Berdasarkan hasil perhitungan dan dilakukan desain awal menggunakan perangkat lunak AWR Microwave Office 2004 maka didapatkan ukuran patch berbentuk segi empat ini dapat dilihat pada Gambar 3.

Gambar 3. Desain awal antena segiempat untuk frekuensi 586 MHz

Dari rancangan antenna dengan stub dilakukan simulasi untuk memperoleh nilai return loss dan VSWR menggunakan perangkat lunak AWR Microwave Office. Adapun hasil simulasi dapat dilihat dari gambar 5 dan 6 dibawah ini.

2.2.4 Perancangan Antena Segiempat dengan stub Antena yang dirancang dengan ukuran berdasarkan perhitungan belum memiliki kondisi kesesuaian yang tepat. Untuk mendapatkan keadaan yang sesuai dengan nilai return loss ≥ -10 dB dan VSWR ≥ 2 maka dilakukan iterasi pada pencatu, salah satunya dengan menambahkan stub pada pencatu. Penambahan sebuah stub matching memiliki pengaruh terhadap kesesuaian impedansi antara saluran transmisi dengan beban. Kondisi mismatch dipengaruhi oleh posisi stub dari patch dan panjang stub itu sendiri. Desain dan gambar patch yang telah diiterasi menggunakan stub dapat dilihat pada Gambar 4.

Gambar 4. Bentuk dari antena segiempat dengan stub


35

2.2.5 Perancangan Antena Segiempat dengan peripheral slits Tahap selanjutnya adalah dengan membuat peripheral slits pada patch antena yang bertujuan untuk mengurangi atau memperkecil dimensi antena. Untuk dapat menghasilkan frekuensi kerja yang mendekati tepat maka dilakukan iterasi beberapa kali dengan mengubah ukuran slits. Luas enclosure terbaik adalah (120 x 90) mm dengan panjang pencatu adalah 31,5 mm. Rancangan akhir patch antena persegi panjang menggunakan teknik peripheral slits dapat dilihat pada Gambar 5.

Gambar 5. Desain Antena dengan peripheral slits

3 3.1

HASIL DAN PEMBAHASAN Simulasi Rancangan Awal Antena

Setelah patch pertama selesai didesain maka dilakukan proses simulasi untuk mendapatkan parameter VSWR dan return loss dari patch berdasarkan perhitungan. Parameter return loss dan VSWR dapat dilihat pada Gambar 6 dan 7.

Gambar 6. Hasil simulasi return loss rancangan awal antenna


36

Gambar 7. Hasil simulasi VSWR rancangan awal antenna

Hasil simulasi diatas menunjukkan parameter VSWR dan return loss dari patch berdasarkan perhitungan. Dari Gambar 6 dan 7 terlihat bahwa patch berdasarkan perhitungan ini belum dalam keadaan matching dengan nilai VSWR 2,215 dan return loss -8,437 dB pada frekuensi kerja yang telah ditentukan yaitu 586 MHz. Untuk membuat patch ini menjadi bekerja di frekuensi yang diinginkan maka perlu dilakukan penyesuaian pada patch yang sesuai dengan perhitungan ini yaitu dengan mengubah ukuran patch, mengubah ukuran enclosure, menggeser letak pencatu dan memberikan elemen tambahan pada saluran pencatu. Dengan melakukan penyesuaian tersebut diharapkan mendapatkan frekuensi kerja yang tepat yaitu pada frekuensi 586 MHz.

3.2

Simulasi Antena dengan Stub

Dari rancangan antenna dengan stub dilakukan simulasi untuk memperoleh nilai return loss dan VSWR menggunakan perangkat lunak AWR Microwave Office. Adapun hasil simulasi dapat dilihat dari gambar 8 dan 9 dibawah ini.

Gambar 8. Hasil Simulasi Return Loss Antena dengan Stub


37

Gambar 9. Hasil Simulasi VSWR Antena dengan Stub

Hasil simulasi diatas merupakan hasil simulasi dengan melakukan penambahan stub pada saluran pencatu. Pada Gambar 8 dan Gambar 9 terlihat bahwa antena persegi panjang dengan menggunakan stub memiliki keadaan yang sesuai dengan nilai return loss sebesar -13,65 dB dan nilai VSWR 1,542 pada frekuensi kerja 586 MHz. Tetapi dapat dilihat pada Gambar 4 bahwa antena masih memiliki dimensi yang cukup besar dengan ukuran enclosure sebesar ( 170 x 170 ) mm dan ukuran patch sebesar (157 x 122 ) mm. Oleh karena itu, untuk mendapatkan dimensi antena yang lebih optimal maka pada tahap selanjutnya dilakukan perancangan antena menggunakan teknik peripheral slits yaitu dengan membuat beberapa belahan (slits) pada sisi-sisi patch antena.

3.3

Simulasi Antena dengan peripheral slits

Dari beberapa iterasi yang telah dilakukan maka dihasilkan seperti pada Gambar 3.10. Dan diharapkan antena dapat bekerja sesuai dengan frekuensi dan memiliki parameter return loss ≤10 dB dan VSWR ≤ 2. Iterasi dilakukan dengan mengubah lebar dan panjang slits yang dibuat. Pada Tabel 2 adalah hasil terbaik dari iterasi yang telah dilakukan dengan lebar celah masing-masing slits yang berbeda. Tabel 2. Iterasi Lebar Celah Slits

Lebar Celah Slits 4 mm 5 mm 6 mm

Panjang Slits a 25,5 mm 25,5 mm 25,5 mm

b 20 mm 20 mm 20 mm

c 22,5 mm 22,5 mm 22,5 mm

d

e

20 mm

24 mm

20 mm

24 mm

20 mm

24 mm

f 26,5 mm 26,5 mm 26,5 mm

Dari iterasi yang dilakukan di simulasi dapat dilihat parameter Return Loss dan VSWR pada Gambar 10 dan 11.


38

Gambar 10. Hasil Simulasi return loss Antena dengan iterasi slits

Gambar 11. Hasil Simulasi VSWR Antena dengan iterasi slits

Hasil simulasi diatas menunjukkan parameter VSWR dan return loss dari beberapa iterasi patch persegi panjang yang sudah ditambahkan peripheral slits. Dari Gambar 10 dan Gambar 11 terlihat bahwa patch persegi panjang dengan peripheral slits yang sudah dalam keadaan matching dengan nilai VSWR 1,269 dan return loss -18,56 dB adalah dengan lebar slits 5 mm.


39

3.4

Analisa Hasil Simulasi

Dari hasil simulasi return loss dan VSWR pada iterasi slit antena dapat dianalisa bahwa ukuran slit antena sangat menentukan nilai kedua parameter tersebut. Adapun tabel hasil simulasi pada iterasi antena sebagai berikut Tabel 3. Hasil Simulasi Iterasi Lebar Celah Slits

Lebar Celah Slits

Nilai Return Loss

Nilai VSWR

4 mm

-12,32 dB

1,868

5 mm

-18,56 dB

1,269

6 mm

-10,44 dB

1,892

Nilai yang tertera pada tabel 3 diatas menunjukkan bahwa lebar slit 5 mm menghasilkan nilai return loss dan VSWR yang lebih baik disbanding dengan lebar slit 4 mm dan 6 mm. Untuk itu maka antena yang dirancang menggunakan lebar celah slit 5 mm dengan nilai return loss -18,56 dB dan VSWR 1,269. Selain hasil simulasi diatas, ukuran enclosure dan patch antena mengalami perubahan yang sangat siginifikan dari perancangan awal maupun perancangan dengan menggunkan stub. Hal ini dapat dilihat dari tabel 4 berikut.


40

Tabel 4. Ukuran Enclosure dan Patch Antena

Jenis Desain

Ukuran Enclosure (mm) 170 x 170

Ukuran Patch (mm) 157 x 123

Desain Antena Dengan Stub

170 x 170

157 x 122

Desain Antena dengan Peripheral Slits

120 x 90

81,75 mm

Desain Antena Awal

Dimensi antena dengan teknik peripheral slits ini tereduksi hingga 62,6% sehingga mendapatkan dimensi akhir yang optimal yaitu dengan ukuran enclosure sebesar ( 120 x 90 ) mm dan ukuran patch antena sebesar ( 81 x 75 ) mm

4

KESIMPULAN

Dari hasil dan analisa pembahasan yang telah dilakukan dalam penelitian ini, diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

1. Dari hasil simulasi didapatkan bahwa antena yang dirancang dapat bekerja dengan baik pada frekuensi kerja TV Digital (586 MHz) dilihat dari nilai return loss -18,56 dB dan VSWR 1,269 dengan menggunakan celah slit 5 mm

2. Teknik peripheral slits berhasil diterapkan untuk memperkecil ukuran enclosure dan patch pada antena mikrostrip. Hal ini dapat dilihat bahwa Dimensi antena dengan teknik peripheral slits ini tereduksi hingga 62,6% sehingga mendapatkan dimensi akhir yang optimal yaitu dengan ukuran enclosure sebesar ( 120 x 90 ) mm dan ukuran patch antena sebesar ( 81 x 75 ) mm

5

REFERENSI

[1] Seminar Kementrian Komunikasi Dan Informatika Direktorat Jenderal Penyelenggaraan Pos Dan Informatika. “Indonesia Goes Digital Komunikasi Informasi”, Jakarta: Kominfo,hlm. 1-15, 2012. [2] Peraturan Menkominfo No. 23/PER/M.KOMINFO/11/2011 tentang Standar Penyiaran Televisi Digital Terestrial Penerimaan Tetap Tidak Berbayar (Free-To-Air). hlm. 1-3. [3] Peraturan Menkominfo No. 23/PER/M.KOMINFO/11/2011 tentang Rencana Induk (Masterplan) Frekuensi Radio Untuk Keperluan Televisi Siaran Digital Terestrial Pada Pita Frekuensi Radio 478 – 694 MHz. hlm. 1-10. [4] Mudrik Alaydrus. “Antena Prinsip & Aplikasi”. Graha ilmu, Yogyakarta, 2011. [5] Henry Candra, “Desain Antena Kubikal 600 MHz Sebagai Antena Penerima Siaran Televisi Indoor/Outdoor”. Penelitian Kemitraan YPPTI. Universitas Trisakti. Jakarta, 2013 [6] Indra Surjati. “Antena Mikrostrip: Konsep dan Aplikasinya”. Universitas Trisakti, 2010. [7] Indra Surjati et al, “Antena Peripheral Slits Berbentuk Cincin Persegi Dengan Pencatuan Electromagnetic Coupled”, Seminar Nasional Microwave, Antena dan Propagasi (SMAP) 2013, Departeman Teknik Elektro FT Universitas Indonesia, Oktober 2013


41

SISTEM KONTROL AUTOMATIC TRANSFER SWITCH BERBASIS ARDUINO UNO

Badaruddin1, Ferdiansyah Yulianto2 12

Universitas Mercu Buana, Jakarta [email protected], [email protected]

Abstrak Automatic Transfer Switch (ATS) adalah suatu piranti listrik yang berfungsi untuk mengatur proses pemindahan sumber listrik dari sumber listrik yang satu (utama) ke sumber listrik yang lain (cadangan) secara bergantian yang sesuai dengan perintah program. Dengan menggunakan piranti ini, maka tidak diperlukan lagi menggunakan saklar Change Over Switch (COS) yang dilakukan secara manual dalam proses pengalihan antara sumber listrik utama ke sumber listrik cadangan. Dalam proyek akhir ini dibuat suatu desain sistem ATS yang dapat melakukan proses pengalihan perpindahan dua sumber listrik yang aman dan efektif secara sekuensial sesuai dengan proses kerja yang akan dikendalikan oleh controller. Pada sistem ini menggunakan mikrokontroler Arduino uno sebagai perangkat utama kendali sistem. Arduino uno memperoleh informasi dari hasil pembacaan sensor tegangan yang terhubung dengan sumber PLN dan menampilkan data di LCD. Stelah dilakukannya proses pengujian, sistem kontrol dan pengaman terhadap gangguan tegangan khususnya yang dibuat pada penelitian ini. Ketika terjadinya gangguan tegangan kurang atau lebih, sesuai dengan batas yang telah ditentukan maka PLN secara otomatis akan interlock dengan Genset. Kata Kunci: ATS, Sensor Tegangan , Arduino, Uno, LCD Abstract Automatic Transfer Switch (ATS) is an electrical device that serves to regulate the process of transfer of power source from a power source of the (main) power source to another (backup) alternately in accordance with the command program. By using this tool, it is no longer necessary to use a switch Change Over Switch (COS) is done manually in the process between the main power source to the backup power source. In this final project created an ATS system design that can make the process of transfer of the two power sources are safe and effective sequentially according to the work processes will be controlled by the controller. In this system uses an Arduino Uno microcontroller as the main device control system. Arduino uno obtain information from the sensor readings voltage source connected to the PLN and display data on the LCD. Following the testing process, control and safety systems against voltage disturbances especially those made in this study. When the breakdown voltage or less, in accordance with a predetermined threshold then PLN will automaticallyinterlockwithGenset.

Keyword : ATS, Voltage sensors, Arduino, Uno, LCD.

1

PENDAHULUAN

Seiring dengan laju perkembangan zaman dan teknologi, Sistem pengontrolan merupakan bagian terpenting dalam dunia industri dan kondominium (gedung bertingkat) saat ini, maka bagi manusia sekarang ini suatu pengontrolan yang bersifat otomasi merupakan sarana penunjang yang


42

layak menjadi keharusan. Salah satunya masalah yang menyangkut listrik, karena listrik merupakan salah satu unsur yang menjadi penopang kemajuan peradaban suatu bangsa. Sebagai catu daya utama PLN sangat berpengaruh terhadap penyediaan energi listrik bagi layanan publik baik itu daya besar maupun daya kecil. Hal ini menuntut PLN agar suplai listrik dilakukan kontinyu tanpa mengalami pemadaman listrik. Akan tetapi suplai daya utama yang berasal dari PLN tidak selamanya kontinyu dalam penyalurannya. Suatu saat pasti terjadi pemadaman total yang disebabkan oleh gangguan pada sistem pembangkit, atau gangguan pada sistem transmisi dan sistem distribusi. Sedangkan suplai energi listrik sangat diperlukan pada pusat perdagangan, perhotelan, perbankan, rumah sakit maupun industri dalam menjalankan produksinya. Sehingga jika PLN padam, maka suplai energi listrik pun berhenti dan akibatnya seluruh aktifitas produksi pun berhenti. Berdasarkan hal tersebut maka diperlukan sistem control yang dapat bekerja secara otomatis untuk menjalankan generator set (genset) saat terjadi pemadaman dari PLN. Pada prosesnya otomatisasi mampu dilakukan apabila didukung kemajuan dibidang lainnya, dimana kemajuan teknologi mampu menciptakan berbagai peralatan elektronik, yang merupakan alat bantu dari pengontrolan tersebut. Automatic Transfer Switch merupakan alat yang berfungsi untuk memindahkan koneksi antara sumber tegangan listrik satu dengan sumber tegangan listrik lainnya secara automatis. Berdasarkan uraian di atas maka dalam Penelitian ini akan dirancang “Sistem Kontrol Automatic Transfer Switch Berbasis Arduino”.

2 2.1

LANDASAN TEORI Peralatan Pengaman

Tujuan tindakan pengamanan pada instalasi listrik adalah untuk melindungi manusia atau peralatan yang tersambung dengan instalasi itu jika terjadi arus gangguan akibat dari keadaan yang tidak normal. Untuk itu perlu dipakai pengaman seperti sekering, dll.

2.1.1 Fuse Pelebur atau fuse adalah suatu komponen yang digunakan untuk pengaman rangkaian kontrol dan rangkaian instrumen. Pelebur terdiri dari sehelai serabut tembaga atau perak dan pasir silika yang berfungsi sebagai peredam busur api ketika serabut tembaga putus akibat ada gangguan hubung singkat. Pelebur selalu dipasang pada tiap rangkaian kontrol dan rangkaian instrumen. Ini bertujuan untuk menjaga agar komponen pada setiap rangkaian aman dari kerusakan akibat hubung singkat

Gambar 1 Pelebur atau Fuse


43

2.1.2 Sensor Tegangan Sensor tegangan berupa sebuah fuse, 2 buah resistor 100kΩ dan dioda bridge . Keluaran dari sensor ini berupa tegangan berbentuk gelombang sinusoidal. Fasa

FU1

R1

1A

100k

BR1

V out

RV1 37%

C1

Netral

FU2

R2

1A

100k

1000uF

10k B80C1000

Gambar 2 Skematik Sensor Tegangan

Kalibrasi tegangan dilakukan dengan menempatkan resistor variable 10k sehingga tegangan yang dihasilkan dapat diatur, pada ujung rangkaian dipasang sebuah filter kapasitor untuk menghasilkan tegangan DC murni yang kompatibel terhadap tegangan yang dibutuhkan oleh ADC.

2.2

Peralatan Kontrol

2.2.1 Relay Relay adalah suatu alat yang digunakan dalam suatu rangkaian control untuk melengkapi system pengontrolan yang otomatis. Relay berfungsi untuk memonitor besaran-besaran ukuran sesuai dengan batas-batas yang dikehendaki. Relay bekerja pada tegangan dan arus yang kecil jadi berbeda dengan kontaktor.

(a)

(b)

Gambar 3 Relay kontrol, (a) relay+soket, (b) layout relay

2.2.2 Dioda Dioda merupakan komponen elektronik yang terbuat dari bahan semikonduktor. Dioda terdiri atas sambungan p (positif, sering disebut Anoda) dan n (negative, sering disebut Katoda). Di antara sambungan tersebut terdapat lapisan kosong yang memisahkan antara sambungan p dan sambungan n. Lapisan itulah yang sering disebut dengan lapisan deplesi. Lapisan deplesi bertujuan menjaga agar tetap terjadi keseimbangan electron.

Gambar 4 Lambang Dioda


44

Dioda dapat bekerja bila mendapatkan tegangan lebih dari atau sama dengan 0,7V. Teganagan ini sering disebut dengan tegangan knee, bisa dilihat pada Gambar 5 . Dioda dikatakan bekerja bila diberi tegangan forward bias.

Gambar 5 Tegangan Knee pada Dioda

2.2.3 Arduino Uno Uno Arduino adalah board berbasis mikrokontroler pada ATmega328. 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. Pin-pin ini berisi semua yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler, hanya terhubung ke komputer dengan kabel USB atau sumber tegangan bisa didapat dari adaptor AC-DC atau baterai untuk menggunakannya.

Gambar 6 Board Arduino Uno

2.2.4 LCD (Liquid Crystal Display) Display LCD sebuah liquid crystal atau perangkat elektronik yang dapat digunakan untuk menampilkan angka atau teks. Ada dua jenis utama layar LCD yang dapat menampilkan numerik (digunakan dalam jam tangan, kalkulator dll) dan menampilkan teks alfanumerik (sering digunakan pada mesin foto kopi dan telepon genggam).

Gambar 7 LCD 16x2 Character

2.2.5 Resistor Resistor adalah komponen dasar elektronika yang digunakan untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam satu rangkaian. Sesuai dengan namanya resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Dari hukum Ohms diketahui, resistansi berbanding terbalik dengan jumlah arus yang mengalir melaluinya. Satuan resistansi dari suatu resistor disebut Ohm atau dilambangkan dengan simbol Ω (Omega).


45

2.2.6 Kapasitor Kapasitor berfungsi sebagai filter noise untuk sinyal Alternating Current(AC) atau penyaring frekuensi. Kapasitor disebut juga kondensator. Kondensator yaitu kemampuan alat untuk menyimpan suatu muatan listrik.

2.2.7 Trimpot (Trimmer Potensio) Resistor yang nilai resistansinya dapat diubah-ubah dengan cara memutar porosnya dengan menggunakan obeng. Untuk mengetahui nilai hambatan dari suatu trimpot dapat dilihat dari angka yang tercantum pada badan trimpot tersebut. Perubahan nilai resistansi tersebut juga dibagi menjadi 2, yaitu linier dan logaritmatik.

2.2.8 Modul Relay Relay modul switch yang di opersikan secara elektrik memungkinkan untuk mengaktifkan atau me-non aktifkan rangkaian menggunakan tegangan dan atau arus yang lebih tinggi dari pada yang di-handle mikrokontroller. Jadi tidak ada hubungannya antara rangkaian tegangan rendah yang di operasikan mikrokonroler dengan rangkaian daya tinggi. Sedangkan relay melindungi rangkaian satu dengan rangkaian lainnya. Setiap Channel dalam modul memiliki tiga koneksi, yaitu NC (Normally Closed), COM (Common) dan NO (Normally Open). Tergantung pada pemicu sinyal input. Tutup jumper dapat di pindahkan pada high mode atau low mode.

2.3

Transformator

Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik.

Gambar 8 Transformasi Energi

2.3.1 Prinsip Kerja Transformator Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah berdasarkan pada teori Michael Faraday, yang dikenal dengan teori induksi magnet. Transformator memiliki dua gulungan kawat yang terpisah satu sama lain dan dibelitkan pada inti yang sama. 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 (mutual inductance).

Gambar 9 Rangkaian Equivalen Transformator Ideal


46

2.3.2 Jenis Transformator 2.3.2.1 Transformator step-up

Gambar 10 Transformator Step-Up

Gambar 10 menunjukkan rangkaian ekuivalen transformator step-up. Transformator step-up adalah transformator yang memiliki lilitan sekunder lebih banyak dari pada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penaik tegangan. Transformator ini biasa ditemui pada pembangkit tenaga listrik sebagai penaik tegangan yang dihasilkan generator menjadi tegangan tinggi yang digunakan dalam transmisi jarak jauh. 2.3.2.2

Transformator down-up

Gambar 11 Transformator Step-Down

Gambar 11 menunjukkan rangkaian ekuivalen transformator step-down. Transformator stepdown memiliki lilitan sekunder lebih sedikit daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan. Transformator jenis ini sangat mudah ditemui, terutama dalam adaptor AC-DC.

3

PERANCANGAN ALAT

Pada Gambar 12 diperlihatkan proses perancangan alat yang akan dibuat, dimana pada proses pembuatan alat ini, memiliki beberapa tahapan dalam proses perancangannya.

Gambar 12 Blok Diagram Perancangan Alat

3.1

Perancangan Catu Daya

Catu daya yang digunakan adalah trafo step down yang berfungsi menurunkan tegangan 220 volt dari PLN menjadi 12 volt. Arus yang dihasilkan trafo masih berupa AC (bolak- balik) akan diubah menjadi DC (searah) oleh rangkaian penyearah yang berupa satu buah dioda dan difilter oleh kapasitor. LM7805 digunakan untuk menstabilkan tegangan agar menjadi 5 volt yang digunakan untuk catu daya pada rangkaian ADC dan sensor. Untuk gambar rangkaian bisa lihat dibawah ini.


47

1

TR1 D202

VI

D201

10A02

2200u

2 C201

GND

D204

VO

D203

U? 7805

10A02

10A02

3

10A02 TRAN-2P2S 1A

V-OUT DC +

Gambar 13 Rangkaian Skematik Catu Daya

3.2

Perancangan Sensor Tegangan

Sensor tegangan disini digunakan untuk mendeteksi hilangannya tegangan disalah satu fasa, yang nantinya akan memberikan sinyal pada arduino untuk melakukan perintah mematikan PLN dan melakukan transfer switch ke Genset. Tegangan AC yang melalui resistor 100kΩ disearahkan dengan menggunakan dioda jembatan, tegangan keluaran dioda kemudian dibagi dengan menggunakan rangkaian pembagi tegangan yang memiliki nilai hambatan kecil dan toleransi sebesar 1%, sehingga nilai yang didapat memiliki eror yang kecil. Fasa

FU1

R1

1A

100k

BR1

V out

RV1 37%

C1

Netral

FU2

R2

1A

100k

1000uF

10k B80C1000

Gambar 14 Rangkaian Skematik Sensor Tegangan

3.3

Perancangan LCD (Liquid Crystal Display)

Pada rangkaian LCD berfungsi untuk menampilkan data PLN ON, Genset ON, Drop tegangan dan High tegangan. Pin LCD nomor 1,2,dan 3 adalah pin VSS/GND, VCC, dan VEE/VO. VEE berfungsi untuk mengatur kecerahan tampilan karakter LCD. Untuk mengaturnya, digunakan potensio 10k yang dapat diputar-putar untuk mendapatkan kecerahan tampilan yang diinginkan. Pin LCD nomor 4(RS) adalah pin 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 nomor 5(R/W) digunakan untuk memilih aliran data apakah READ ataukah WRITE. Karena kita tidak memerlukan fungsi untuk membaca data dari LCD dan hanya perlu menulis data saja ke LCD, maka pin ini dihubungkan ke GND(WRITE). Pin LCD nomor 6(ENABLE) digunakan unutk mengaktifkan LCD pada proses penulisan data ke Register Kontrol dan Register Data LCD. Pin 7 – 14 adalah delapan jalur data/ data bus (D0 sampai D7) dimana data dapat ditransfer ked an dari display. Pin 16 dihubungkan kedalam tegangan 5 volt untuk memberi tegangan dan menghidupkan lampu latar/ back light LCD. LCD1 LM016L

VSS VDD VEE

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 7 8 9 10 11 12 13 14

4 5 6

1 2 3

RS RW E

RV1

ARDUINO UNO R3

50%

7 6

8

4 3 2 1 0 PD4/T0/XCK ~ PD3/INT1 PD2/INT0 TX PD1/TXD RX PD0/RXD

PD7/AIN1

~ PD6/AIN0 5 ~ PD5/T1

PB0/ICP1/CLKO

13 12 11 AREF

PB5/SCK PB4/MISO

~PB3/MOSI/OC2A 10 ~ PB2/SS/OC1B 9 ~ PB1/OC1A

RV1(2)

ARD1

DIGITAL (~PWM) 1k

PC0/ADC0 PC1/ADC1 PC2/ADC2 PC3/ADC3 PC4/ADC4/SDA PC5/ADC5/SCL

1121 ATMEGA328P-PU

LCD1(VDD)

A0 A1 A2 A3 A4 A5

RESET

ANALOG IN

Gambar 15 Rangkaian Skematik LCD

3.4

Perancangan Rangkaian Arduino Dengan Sensor

Setelah merangkai rangkaian sensor tegangan, pada sub bab akan dibahas rangkaian yang terhubung dengan Arduino. Pin input yang digunakan adalah A0 yang mana merupakan analog input. Pin A0 ini terhubung dengan sensor tegangan. Pin input lainnya yang mana merupakan digital adalah JURNAL KAJIAN TEKNIK ELEKTRO Vol.2 No.1

48

pin 10. Pin 10 terhubung dengan tombol. Adapun untuk pin outnya yaitu 2,3,4,5,6,7, 8,9,11. Pin 2,3,4,5,6,7 terhubung dengan LCD, pin 8 ,9 ini terhubung pada relay, pin 11 terhubung dengan indicator LED. Untuk rangkaiannya dapat dilihat pada gambar 16. R6 (1)

From Genset 10k

LCD1 LM016L

7 6 5 4 3 2 1 0

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7

VSS VDD VEE

ARDUINO UNO R3

RS RW E

RV2

ARD1

7 8 9 10 11 12 13 14

4 5 6

1 2 3

50%

PD7/AIN1 ~ PD6/AIN0 ~ PD5/T1 PD4/T0/XCK ~ PD3/INT1 PD2/INT0 TX PD1/TXD RX PD0/RXD

AREF

PB5/SCK PB4/MISO

PB0/ICP1/CLKO

220

~PB3/MOSI/OC2A ~ PB2/SS/OC1B ~ PB1/OC1A

13 12 11 10 9 8

RV2(2)

R5

DIGITAL (~PWM) 1k

D3 LED-Gangguan

PC0/ADC0 PC1/ADC1 PC2/ADC2 PC3/ADC3 PC4/ADC4/SDA PC5/ADC5/SCL

1121 ATMEGA328P-PU

RL2(NO1)

ANALOG IN

A0 A1 A2 A3 A4 A5

RESET

RL1(NO1)

R7 Fasa

10k

RL3 RL1

RL2

PLN

GENSET

R3

R4

220

220

G2R-2S-AC220 Netral

R1 100k

BR1

RV1 24%

C1 1000uF +88.8 Volts

D1

D2 LED-GENSET

LED-PLN

R2

5k B80C1000

100k Netral

Gambar 16 Rangkaian Skematik Automatic Transfer Switch

3.5

Perancangan Perangkat Lunak

Perancangan program dan software dibagi menjadi 2 bagian yaitu software untuk rangkaian pengolah data sensor tegangan dan rangkain kontroler. Untuk memudahkan dalam pembuatan alur program penulis membuat flowchart sebagai perencaan awal. Flowchart yang dibuat sesuai dari keseluruhan perancangan program

3.5.1 Flowchart Perancangan Software

Gambar 17 Flowchart Perancangan Software

4 4.1

ANALISA DAN PENGUJIAN ALAT Pengujian Sensor Tegangan

Dalam pengujian sensor tegangan ini menggunakan resistor 100kΩ sebagai penurun tegangan. Karateristik dari resistor 100kΩ adalah jika tegangan masukan menurun maka tegangan keluaran dari resistor 100 kΩ juga akan menurun sesuai dengan perbandingan tersebut.


49

FASA

FU1

R1

1A

100k

BR1

RV1

+9.63

AC Volts

AC Volts

20%

C1 +180

1000uF +1.71 Volts

FU2

Netral

1A

R2

5k B80C1000

100k

Gambar 18 Pengujian Sensor Tegangan

Dalam pengujian sensor tegangan ini dilengkapi dengan volt meter. Tegangan yang terukur pada listrik AC dengan tegangan keluaran pada resistor variabel. Pada tabel 1 dan 2 di bawah ini merupakan hasil pengujian sensor tegangan. Pengujian ini dilakukan dengan cara pengukuran pada tegangan keluaran resistor 100kΩ dan tegangan keluaran pembagi tegangan. Tabel 1 Hasil Pengujian Sensor Tegangan V in PLN (Volt) V ac R-N 180

V out (Pembagi Tegangan) Sensor Tegangan(Volt) V dc R-N 9.63

190

10.1

200

10.6

210

11.1

220

11.6

237

12.4

Tabel 2 Hasil Sensor Tegangan Pembagi Tegangan V in PLN (Volt) V ac R-N 9.63

V out (Pembagi Tegangan) Sensor Tegangan(Volt) V dc R-N 2.49

10.1

2.77

10.6

2.92

11.1

3.06

11.6

3.22

12.4

3.49

Berdasarkan tabel pengujian diatas disimpulkan bahwa sensor Tegangan dapat berfungsi dengan baik. JURNAL KAJIAN TEKNIK ELEKTRO Vol.2 No.1

50

4.2

Pengujian Gangguan Tegangan Hilang

Pada pengujian hilangnya tegangan PLN, tegangan pada relay PLN dihilangkan dan diukur menggunakan voltmeter. Sehingga tegangan akan terbaca 0 pada voltmeter, kemudian led gangguan tegangan akan hidup dan sistem ATS akan mengirimkan sinyal ke sistem AMF. Berikut adalah tabel data dari pengujian gangguan tegangan hilang.

No

1. 2.

Tabel 3 Pengujian Gangguan Tegangan Hilang Kondisi hilang Posisi Kondisi yang tegangan dalam saklar akan terjadi pengujian (from pada LED genset) gangguan tegangan PLN OFF OFF Hidup PLN OFF

ON

Mati

Respon sistem

Genset mati Genset hidup

Pada pengujian sistem hilang tegangan ini, sesuai dengan sistem kerja ATS yakni ketika tegangan hilang pada PLN maka sistem pada ATS akan mematikan incoming dari PLN dan memberikan sinyal kepada sistem AMF untuk memerintahkan Genset start. Setelah genset running, sistem AMF akan memberikan sinyal kepada sistem ATS untuk menghidupkan sisi incoming Genset.

5 5.1

KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan

Setelah dilakukan proses perencanaan, pembuatan dan pengujian alat serta dari data yang didapat dari perencanaan dan pembuatan sistem kontrol ATS yang ditampilkan pada LCD 16x2 ini, maka dapat diambil kesimpulan. 1. Masukan data untuk ATS berupa nilai tegangan sumber listrik PLN yang dideteksi oleh sensor tegangan. 2. Dari pengujian sistem pengaman gangguan tegangan kurang yang dilakukan dengan memberikan tegangan kurang pada salah satu phasanya 180 volt maka didapatkan tegangan kurang sehingga koil relay PLN padam. Sedangkan pada saat pengujian dengan tegangan lebih pada salah satu phasanya 237 volt maka didapatkan tegangan lebih sehingga koil relay PLN padam sedangkan padan phasa yang normal, VRN = 220 V, didapatkan koil relay PLN tidak padam karena tidak mengurangi atau melebihkan dari setting poin yang ditentukan. 3. Dari pengujian sistem ATS, ketika terjadi hilang phasa pada sisi PLN maka dengan secara otomatis Genset akan membackup beban, dan sebaliknya jika PLN kembali maka PLN akan membackup beban dan Genset akan mati dengan sendirinya.


51

5.2

Saran

Pembuatan alat masih terasa adanya beberapa kekurangan-kekurangan dalam hal perancangan dan pembutan alat, sehingga tidak menuntut kemungkinan adanya pengembangan-pengembangan yang dilakukan pada penelitian selanjutnya yang ingin merancang dan membuat sebuah alat ini, berikut beberapa saran dari penulis yang dapat dijadikan pertimbangan diantaranya : 1. Alat ini hanya mendeteksi drop tegangan, high tegangan dan PLN padam. Sebaiknya ditambahkan sensor arus untuk lebih aman. 2. Sebaiknya hasil pengukuran sensor tegangan ditampilkan di LCD 16x2 agar dapat mengetahui berapa tegangan yang dihasilkan. 3. Untuk penelitian selanjutnya apabila ingin mengembangkan simulasi tentang perancangan rangkaian ini lebih jauh dan lebih detil.

6

DAFTAR PUSTAKA

[1] Dinata, Yuwono Marta. 2015. Arduino Itu Mudah. PT Elex Media Komputindo, Jakarta [2] From http://elib.unikom.ac.id/files/disk1/528/jbptunikompp-gdl-andriyanan-26373-4-unikom_a-i.pdf [3] Istiyanto, Jazi Eko. 2014 . Pengantar Elektronika dan Instrumentasi Pendekatan Project Arduino dan Android. CV Andi Offset,Yogyakarta [4] Bejo, A . 2008. C & AVR Rahasia Kemudahan Bahasa C dan Mikrokontroler ATMEGA8535. Graha Ilmu,Yogyakarta.

[5] Prastio, Rizki Putra, 2013.Membaca Tegangan Analog dengan Arduino, http://rpprastio.wordpress.com/2013/02/09/membaca-tegangan-analog- dengan-arduino


From

52

STUDI PENGARUH PEMBEBANAN LEBIH TERHADAP SUSUT UMUR TRANSFORMATOR Nanda Fatriansyah1, Doni Witcaksono2 12

Universitas 17 Agustus 1945 [email protected], [email protected]

Abstrak Transformator tenaga dapat dikatakan sebagai jantung dari transmisi dan distribusi. Dalam kondisi ini suatu transformator diharapkan dapat beroperasi secara maksimal. Transformator Tenaga didesain dengan suhu sekitar 20o C tetapi beroperasi pada suhu lingkungan 32o C di Indonesia, maka transformator disesuaikan dengan pola pembebanan dan suhu sekitar. Semakin tinggi suhu sekitar dan faktor pembebanan transformator, semakin besar susut umur dari transformator tenaga. Susut umur transformator dipengaruhi oleh isolasi belitan dan minyak transformator. Pemanasan pada belitan transformator dapat mengkibatkan isolasi menjadi rusak dan kenaikan suhu minyak akan mengubah sifat serta komposisi minyak transformator. Tujuan dari skripsi untuk melihat pengaruh pembebanan lebih dan pengaruh suhu lingkungan terhadap susut umur tranformator akan dibahas pada tugas akhir ini, dengan mengacu pada pada standar SPLN 17A 1979 atau IEC 354 tahun 1972. Sistem pendingin transformator OFAF (Oil Forced Air Forced) lebih efektif dari sistem pendingin ONAN (Oil Natural Air Natural) hal ini dibuktikan dengan susut umur transformator pada bulan Mei 2014 sebesar 96,80291% untuk sistem pendinginan ONAN dan 4,012002% untuk sistem pendingin OFAF dan menghasilkan nilai perkiraan umur sekitar 31,15 tahun. Sedangkan untuk pola pembebanan optimum diperoleh pola pembebanan dengan memberikan nilai power faktor pada generator 0,8 atau dengan daya generator sebesar 100 MW dan 75 MVAR untuk mendapatkan susut umur transformator L 100 %. Kata kunci : transformator, suhu lingkungan, susut umur.

Abstract Power transformer can be said as heart of transmission and distribution. In this condition, a transformer is expected to be able to operate maximal. Power transformer is designed at 20°C but in Indonesia is 32°C as ambient emperature. That’s why transformer can be set baseed on load and ambient temperature. The higher temperature and load factor of transformer, the life time will decreased. Life time can be effected by winding can cause isolation break and increasing of oil heat is going to change character and composition of oil. Purposed of this scription is to know the impact of overload and ambient temperature for the life time of transformer based on SPLN 17A 1979 or IEC 354 1972. Transformer cooling system OFAF (Oil Forced Air Forced) is more effective than ONAN (Oil Natural Air Natural) that is proved on May 2014 which is 96,80291% for ONAN and 4,012002% for OFAF and the life time can be until 31,15 years. For optimum load is gotten load pattern which give generator cos θ is 0,8 or the power of generator is 100 MW and & 75 MVAR to get the life time of transformer L is 100%. Key word : transformer, life time, ambient temperature.

1

PENDAHULUAN

Di dalam suatu sistem tenaga listrik, daya dari suatu pembangkit tenaga listrik disalurkan melalui saluran transmisi tegangan tinggi dan pada akhirnya didistribusikan menuju para konsumen, suatu peralatan yang memegang peranan yang sangat penting dalam kelancaran sistem tersebut adalah


53

transformator. Transformator berfungsi untuk menaikkan tegangan yang dihasilkan oleh pembangkit dan tegangan akan diturunkan, untuk selanjutnya didistribusikan ke pelanggan. Transformator sebagai penaik dan penurun tegangan yang terjadi diantara pembangkit, saluran transmisi dan sumber beban. Beberapa faktor terjadinya berkurangnya umur atau kerusakan transformator pada isolasinya karena pengaruh thermal adalah suhu sekitar (ambient temperature), suhu minyak transformator dan pola pembebanan terhadap transformator[3]. Secara umum tujuan penulisan pada skripsi ini untuk mengetahui susut umur transformator berdasarkan analisa dari data pada pola operasi terhadap seberapa besar pengaruh pembebanan yang diberikan transformator dan pengaruh suhu udara sekitar yang terjadi pada lingkungan. Batasan masalah yang digunakan dalam penyusunan studi tentang pengaruh pembebanan sistem terhadap susut umur transformator antara lain menganalisis susut umur transformator terhadap pengaruh suhu sekitar (ambient temperature) dan perubahan pembebanan pada transformator berpendingin minyak dengan sistem ONAN/OFAF. Dengan menganalisa usut umur dilihat dari isolasi kumparan transformator sesuai dengan standar SPLN 17A 1979 atau IEC Publication 354 1972. Penelitian dilakukan pada transformator merk SIEMENS tipe pasangan luar GTG 1.3 PLTGU Muara Karang dengan spesifikasi 11.5kV/150kV, dengan kapasitas 105/140MVA.

2

METODOLOGI PENELITIAN

Penelitian ini dilakukan di PT. Pembangkitan Jawa Bali Unit Pembangkit Muara Karang PLTG #1.3. Waktu penelitian dilaksanakan pada awal bulan 1 Mei 2014 dan di akhiri pada akhir bulan 31 Mei 2014. Agar mempermudah pembahasan dan pengambilan data serta dapat dilakukan secara tepat dan terarah maka dibuat diagram alur seperti diatas. Berikut disampaikan dari setiap kegiatan yang dilakukan metode mengidetifikasi masalah, proses pengambilan data, metodologi analisa, perumusan masalah, penyebab kegagalan operasional, pemantauan uji lapangan, analisa data, kesimpulan dan saran.

Gambar 2.1 Diagram Alur Penelitian


54

2.1

Kondisi Untuk Beban Stabil

2.1.1 Kenaikan Suhu Top Oil Kenaikan suhu ini sama dengan kenaikan suhu top oil pada nilai daya yang dikalikan ratio dari total kerugian dengan eksponen x (2.1) dengan: = Kenaikan Suhu Top Oil Beban stabil (2.2) K

= Faktor Pembebanan (2.3)

x = Konstanta, x = 0,9 (ONAN dan ONAF) x = 1,0 (OFAF dan OFWF) = Suhu untuk = 55o C untuk ON dan 40o C untuk OF Nilai d secara relatif tidak begitu digunakan pada beban tinggi, nilai d hanya memberikan secara garis besar tinggi atau rendahnya kenaikan suhu.

2.1.2 Kenaikan Suhu Hot Spot Kenaikan suhu hot spot ( sebagai berikut.

) unntuk beban yang stabil dapat dihitung dengan persamaan

(2.4) Dengan: = Kenaikan Suhu Hot Spot o C = Kenaikan Suhu Top Oil o C = Kenaikan Suhu Hot Spot Rated, 78o C = Suhu untuk = 55o C untuk ON dan 40o C untuk OF K y

= Faktor Pembebanan = Konstanta,

y = 0,8 (ONAN dan ONAF) y = 0,9 (OFAF dan OFWF)

2.2 Kondisi Beban Tidak Stabil (Berubah-ubah) 2.2.1 Kenaikan Suhu Top Oil Kenaikan suhu top oil ( ) pada waktu h setelah pemberian beban adalah sangat mendekati untuk kenaikan eksponensial sebagai berikut: (2.5) Dengan: = Kenaikan Suhu Top Oil beban tidak stabil = Kenaikan Suhu Awal minyak = Kenaikan Suhu Top Oil Beban stabil


55

h τ τ τ

= Lamanya pemberian beban / kVA, (jam) = Oil-air thermal time constant, dalam jam = 3 (ONAN dan ONAF) = 2 (OFAF dan OFWF)

2.2.2 Kenaikan Suhu Hot Spot Kenaikan suhu hot spot pada waktu tertentu sebelum kondisi distabilkan adalah mendekati perkiraan dengan asumsi bahwa kenaikan suhu hot spot di atas adalah kenaikan suhu top oil yang terbentuk dengan seketika. Kenaikan suhu hot spot pada waktu tertentu (2.6) (2.7)

Dengan: = Kenaikan Suhu hot spot beban tidak stabil = Kenaikan Suhu Awal minyak = Kenaikan Suhu Top Oil Beban stabil = Kenaikan Suhu Top Oil Daya Tertentu Suhu untuk

= 55o C untuk ON dan 40o C untuk OF

= Kenaikan Suhu hot spot Daya Tertentu K y

= Faktor Pembebanan = Konstanta,

y

= 0,8 (ONAN dan ONAF)

y

= 0,9 (OFAF dan OFWF)

2.3

Perhitungan Susut Umur Transformator

2.3.1 Hukum Deterioration Umur isolasi dipengaruhi oleh kondisi isolasi seiring dengan panas dan waktu, dijelaskan dalam hukum arhenius sebagai berikut. (2.8) Dengan: A dan B konstan, (diperoleh dari pengujian beberapa material isolasi yang tersedia) T = Suhu mutlak dari suhu hot spot Didalam rentang suhu 80o C - 140o C, Montsinger memberikan persamaan yang lebih sederhana (2.9)


56

Dengan: p adalah konstan dan  adalah suhu ( oC). Sebagian ahli transformator tidak selalu berpendapat sama tentang umur transformator yang ditentukan pada suhu tertentu, tetapi para ahli berpendapat sama bahwa rentang suhu 80o C - 140o C, penurunan umur transformator menjadi dua kali lipat setiap kenaikan suhu 6 o C. Hal tersebut merupakan alasan fungsi penuaan relatif diperkenalkan. Umur yang diharapkan dinyatakan dalam nilai per unit terhadap nilai umur saat kondisi suhu Vn atau cr beban terpasang.

2.3.2 Nilai Relatif Dari Umur Pemakaian Persamaan Montsinger dapat digunakan untuk memperoleh nilai relatif dari umur pemakaian pada suhu c, dibanding dengan nilai normal dari umur pemakaian pada suhu cr. (2.10) Karena penurunan umur transformator dua kali lipat setiap kenaikan suhu 6 o C pada suhu 80o C - 140o C, maka untuk nilai umur relatif dapat ditulis menggunakan persamaan: (2.11) (2.12) (2.13) Persamaan di atas bila diubah dalam bentuk log10 akan menjadi: (2.14)

Untuk nilai suhu digunakan nilai 98o C (IEC 60076-2 standard, 1997). Suhu hot spot dihasilkan dari perhitungan suhu ambient 20o C dengan kenaikan suhu hot spot pada daya pengenal (rated power) 78o C, dan 13o C diatas kenaikan suhu rata-rata kumparan pada daya pengenal (rated power) 65o C. Hal ini dapat dijelaskan pada Diagram Thermal. Waktu t per hari yang masih diijinkan pada suhu hot spot 98o C. Dari persamaan dapat dihitung nilai c sebagai berikut: (2.15) Karena transformator beroperasi dalam waktu t jam, maka nilai c (2.16) Untuk nilai tV sama dengan 24 jam (2.17)

Persamaan 2.47 memberikan jumlah dari jam per hari operasional pada beberapa nilai yang diberikan pada suhu hot spot pada daya tertentu cr 98o C, beberapa variasi nilai jam per hari dan suhu hot spot yang masih dijinkan pada Tabel 2.3.

2.3.3 Pengurangan Umur Transformator[2] Efek dari akumulasi penuaan (L) dalam selang waktu t tertentu dapat ditentukan berdasarkan persamaan berikut: atau


(2.18)

57

Persamaan 2.18 merupakan persamaan nilai rata-rata susut umur transformator selama waktu t. Sedangkan untuk menghitung pengurangan umur transformator dalam tahun dapat menggunakan persamaan: (2.19) (2.20) Dimana n merupakan umur transformator dalam tahun, jika mendapat pengurangan susut umur transformator L.

3 3.1

PERHITUNGAN DAN ANALISA Pembebanan Stabil Transformator 90% Dari Kapasitas Transformator

Menentukan Rasio Pembebanan (K) Untuk menghitung rasio pembebanan (K) dapat menggunakan persamaan 2.3.

- Menentukan Perbandingan Rugi-rugi Transformator (d) Untuk menghitung perbandingan rugi transformator (d) dapat menggunakan persamaan 2.2.

- Menentukan Kenaikan Suhu Top Oil Beban Stabil Untuk menghitung kenaikan suhu top oil beban stabil dapat menggunakan persamaan 2.1.

- Menentukan Kenaikan Suhu Hot Spot Untuk menghitung kenaikan suhu hot spot dapat menggunakan persamaan 2.4.

- Menentukan Suhu Hot Spot Untuk menghitung suhu hot spot dapat menggunakan persamaan adalah suhu sekitar atau ambient.

, dimana nilai

- Menentukan Laju Penuaan Thermal Relatif Untuk menghitung laju penuaan thermal relatif dapat menggunakan persamaan 2.14.

Karena beban stabil maka besar laju penuaan relatif untuk setiap satu jam adalah sama - Menghitung Pengurangan Umur Transformator Selama 24 Jam Untuk menghitung pengurangan umur transformator dapat menggunakan persamaan 2.18.


58

3.2

Perkiraan Umur Transformator

Untuk menentukan perkiraan umur transformator dapat menggunakan persamaan 2.20. Transformator PLTGU Muara Karang unit 1.3 merupakan transformator baru dan telah digunakan sejak bulan April 2013. Sehingga lama tahun transformator yang digunakan adalah 2 tahun. Sedangkan untuk umur dasar dari transformator PLTGU Muara Karang adalah 30 tahun, berdasakan informasi Specification Manual transformator. Berikut analisa perhitungan perkiraaan umur transformator tenaga PLTGU Muara Karang jika mendapat beban 90% dari kapasitas transformator. Untuk susut umur Transformator Pembebanan 90% atau L = 89,9%.

3.3

Pembebanan Transformator Dengan Beban Tidak Stabil Tanggal 31 Mei 2014

Transformator Tenaga yang digunakan di unit 1.3 PLTGU Muara Karang berdasarkan Data Specification atau Name Plate memliki kapasitas 105/140 MVA dengan sistem pendinnginan ONAN/OFAF dan total rugi-rugi transformator sebesar 515 KW terdiri dari rugi-rugi transformator tanpa beban 85 KW dan rugi-rugi transformator pada daya 140MVA sebesar 430 KW.

Gambar 3.1 Data transformator#1.3 PLTG Muara Karang

-

Menentukan Daya Semu (MVA) Besarnya beban transformator pada tanggal 31 Mei 2014 pukul 14:00 WIB adalah 95MW dan 42 MVAR. Sehingga untuk menentukan daya semu (MVA) dapat dihitung sebagai berikut: -

 Menentukan Rasio Pembebanan (K) Untuk menghitung rasio pembebanan (K) dapat menggunakan persamaan 2.3. Untuk sistem pendingin ONAN  Untuk sistem pendingin OFAF 

-

Menentukan Perbandingan Rugi-rugi Transformator (d)


59

Rugi-rugi transformator pada beban nol adalah 85 KW dan rugi-rugi untuk daya pengenal 140 MVA sebesar 430 KW

Untuk daya pengenal 140 MVA 



Untuk daya pengenal 105 MVA 



Sehingga untuk nilai rugi-rugi untuk daya pengenal 105 MVA adalah

Perbandingan rugi-rugi transformator (d) untuk daya pengenal 105 MVA atau d untuk jenis pendinginan ONAN

Perbandingan rugi-rugi transformator (d) untuk daya pengenal 140 MVA atau d untuk jenis pendinginan OFAF

-

Menentukan Kenaikan Suhu Top Oil Beban Stabil Untuk menghitung kenaikan suhu top oil beban stabil dapat menggunakan persamaan 2.1. Kenaikan suhu top oil beban stabil untuk ONAN

Kenaikan suhu top oil beban stabil untuk OFAF

-

Menentukan Kenaikan Suhu Top Oil Beban Tidak Stabil


60

Untuk menghitung kenaikan suhu top oil beban tidak stabil dapat menggunakan persamaan 2.5. Untuk kenaikan suhu awal minyak , menggunakan perhitungan kenaikan suhu top oil beban stabil pada pukul 13:00 yang telah dihitung pada Tabel 4.3 dan Tabel 4.4, yaitu sebesar 52,52o C untuk ONAN dan 24,11o C untuk OFAF kenaikan suhu top oil beban tidak stabil untuk ONAN

Kenaikan suhu top oil beban tidak stabil untuk OFAF

Setelah mendapatkan kenaikan suhu top oil, maka dapat dihitung nilai dari suhu top oil dengan menggunakan persamaan , dimana nilai

merupakan suhu sekitar transformator atau ambient.

Suhu top oil untuk ONAN Suhu top oil untuk OFAF -

Menentukan Kenaikan Suhu Hot Spot Untuk menghitung kenaikan suhu hot spot dapat menggunakan persamaan 2.6 menjadi 2.7.

Kenaikan suhu hot spot untuk ONAN

Kenaikan suhu hot spot untuk OFAF -

Menentukan Suhu Hot Spot Untuk menghitung suhu hot spot dapat menggunakan persamaan Suhu hot spot untuk ONAN

Suhu hot spot untuk OFAF

-

Menentukan Laju Penuaan Thermal Relatif Untuk menghitung laju penuaan thermal relatif dapat menggunakan persamaan 2.14.


61

Laju penuaan thermal relatif untuk ONAN Laju penuaan thermal relatif untuk OFAF

Tabel 3.1 Perhitungan Susut Umur Transformator Tanggal 31 Mei 2014 Sistem Pendingin ONAN Jam

MW MVAR

13:00 94 14:00 95

38 42

b

o

( C)

o

a

( C)

o

( C)

V

c

b o

( C) (p.u) 52,52 31,2 81,98 103,73 1,93759 54,22 31,3 84,3 106,9 2,79777

Tabel 3.2 Perhitungan Susut Umur Transformator Tanggal 31 Mei 2014 Sistem Pendingin OFAF

Jam

MW MVAR

13:00 94 14:00 95

-

38 42

a

b

(oC)

o

b o

c

V

o

( C) ( C) ( C) (p.u) 24,119 31,2 54,569 75,828 0,07718 24,987 31,3 55,761 77,965 0,09879

Menghitung Pengurangan Umur Transformator Selama 24 Jam Untuk menghitung pengurangan umur transformator dapat menggunakan persamaan 2.18.

Laju penuaan thermal relatif tertinggi di bulan mei dengan beban 95 MW dan 42 MVAR adalah 2,79777 p.u untuk sistem pendingin ONAN dan 0,9879 p.u untuk OFAF. Sedangkan untuk menghitung pengurangan umur transformator selama 24 jam dapat dilakukan dengan dengan cara perhitungan yang sama untuk setiap jam. Perhitungan susut umur transformator selama 24 jam pada tanggal 31 Mei 2014 mulai pukul 00:00 sampai dengan pukul 24:00 adalah sebagai berikut: Untuk sistem pendingin ONAN

Untuk sistem pendingin OFAF


62

3.4

Perhitungan Komulatif Pembebanan Bulan Mei 2014

Dengan analisa perhitungan yang sama dengan sub bab 3.3, maka untuk data pembebanan bulan Mei tahun 2014 nilai susut transformator dapat dihitung. Bila dihitung dan disajikan dalam tabel berupa data nilai susut umur transformator selama bulan Mei tahun 2014, memiliki nilai rata-rata sebesar 96,80291 % untuk sistem pendingin ONAN dan 4,012002 % untuk sistem pendingin OFAF sedangkan susut umur transformator tertinggi pada tanggal 31 dengan nilai susut umur transformator sebesar 152,857% pada sistem pendingin ONAN sedangkan pada sistem pendingin OFAF, nilai susut umur transformator 5,829%.

3.5

Perhitungan Pembebanan Optimum

Transformator yang didesain dengan standar IEC dengan suhu sekitar 20o C tetapi beroperasi di lingkungan dengan suhu sekitar 32o C maka transformator harus disesuaikan kemampuannya. Semakin tinggi suhu sekitar, semakin pendek umur operasional dari transformator. Untuk memperoleh umur transformator sesuai perkiraan maka diperlukan pola pembebanan yang susut umurnya tidak melebihi 100%. Untuk mendapatkan nilai susut umur transformator L = 100 % menggunakan persamaan 2.18.

Didapatkan nilai laju penurunan relatif V = 1 p.u, sehingga nilai untuk suhu hot spot dapat dihitung dengan persamaan 2.14.

Sedangkan untuk mencari kenaikan suhu top oil dan kenaikan suhu hot spot sebagai berikut: 

Kenaikan suhu top oil beban stabil menggunakan persamaan 2.1.


63



Kenaikan suhu hot spot menggunakan persamaan 2.7.

Untuk suhu sekitar atau ambient transformator didapatkan nilai rata-rata 32o C, sehingga untuk mencari nilai faktor pembebanan K dapat dhitung sebagai berikut:

Persamaan di atas dapat diselesaikan dengan metode Newton Raphson, yaitu sebagai berikut:

Misalkan

=1, maka:


64

Sehingga diperoleh faktor pembebanan K = 0,907367 atau K = 0,91

3.6

Pola Pembebanan Transformator

Berdasarkan perhitungan analisa optimum diperoleh faktor pembebanan sebesar K = 0,91 dengan demikian nilai untuk pembebanan transformator dapat dihitung: 



Untuk daya mampu maksimum generator gas turbin 1.3 sebesar 100 MW, sehingga untuk mencari nilai daya reaktif atau MVAR dan nilai power factor dapat dihitung sebagai berikut:

 Sedangkan untuk nilai MVAR dapat dihitung sebagai berikut:

Sehingga untuk nilai MVAR

Dari analisa perhitungan di dapatkan untuk pola pembebanan dengan memberikan nilai power faktor pada generator 0,8 atau dengan daya generator sebesar 100 MW dan 75 MVAR untuk mendapatkan susut umur transformator L 100 %.

4

KESIMPULAN

Berdasarkan perhitungan dan analisa yang dilakukan terhadap pola pembebanan transformator PLTGU Muara karang didapatkan beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Berdasarkan data transformator tenaga unit 1.3 PLTGU Muara Karang tanggal 31 Mei pukul 14:00 WIB dengan beban transformator 95MW dan 42 MVAR. Menyatakan bahwa Sistem pendingin OFAF (Oil Force Air Force), menghasilkan susut umur transformator yang lebih rendah dari sistem pendingin ONAN (Oil Natural Air Natural), dengan suhu top oil 55,76°C & suhu hot spot 77,96°C pada OFAF dan suhu top oil 84,30°C & suhu hot spot 106,9°C pada ONAN. 2. Pembebanan transformator tenaga GTG 1.3 PLTGU Unit Pembangkitan Muara Karang bulan Mei 2014 menghasilkan susut umur rata-rata sebesar 96,80291 % untuk sistem pendingin ONAN dan 4,012002 % untuk sistem pendingin OFAF dan menghasilkan nilai perkiraan umur transformator 31,15 tahun (pada pembebanan maksimum 90%).


65

3. Untuk pembebanan optimum diperoleh pola pembebanan dengan memberikan nilai power faktor pada generator 0,8 atau dengan daya generator sebesar 100 MW dan 75 MVAR Dan suhu ambient 32o C untuk mendapatkan susut umur transformator L 100 % atau perkiraan umur transformator sekitar 30 tahun

5

Referensi

[1]

Iwa Garniwa, Jonathan Fritz S.,2011. Analisis Pengaruh Kenaikan Temperatur Dan Umur Minyak Transformator Terhadap Degradasi Tegangan Tembus Minyak Transformator. Laporan Tugas Akhir. Departemen Teknik Elektro. Universitas Indonesia. [2] Purnama Sigid, 2009. Analisa Pengaruh Pembebanan Terhadap Susut Umur Transformator Tenaga. Laporan Tugas Akhir. Jurusan Teknik Elektro. Universitas Diponegoro [3] Teja Kusuma, 2012, Studi Pengaruh Temperatur Lingkungan Terhadap Pembebanan Maksimum Transformator IBT 500/150 Kv. Laporan Tugas Akhir.Teknik Elektro dan Informatika. Institut Teknologi Bandung [4] IEC, Loading Guide For Oil Immersed Transformer, IEC Publication, 1972. [5] Kadir, Abdul, Transformator, Jakarta : Pradnya Paramita, 1979. [6] PLN, Pedoman Pembebanan Transformator Terendam Minyak, SPLN 17A, 1979. [7] PLN, Spesifikasi Transformator Tegangan Tinggi, SPLN 61, 1985. [8] PLN, Transformator Tenaga, SPLN 8-1, 1991. [9] Tobing, B.L., Peralatan Tegangan Tinggi, Jakarta : PT. Gramedia Pustaka Utama, 2003. [10] Zuhal, Dasar Tenaga Listrik, ITB, Bandung, 1991. [11] Listrik. Jakarta, 06 November 2009 09:36 WIB, Dielectric Losses dan Thermal Instability Penyebab Kebakaran di GITET Cawang. http://www.esdm.go.id [diakses 9 Agustus 2014]


66

STUDI PENGGUNAAN LAMPU LED PADA PENCAHAYAAN JALAN LAYANG KAMPUNG MELAYU – TANAH ABANG

Hamdan Solihin1 , Setia Gunawan2 12

Universitas 17 Agustus 1945 Jakarta [email protected], [email protected]

ABSTRAK Penerangan jalan umum merupakan fasilitas vital yang dibutuhkan sebagai alat bantu navigasi pengguna jalan, meningkatkan keselamatan dan kenyamanan pengguna jalan, mendukung keamanan lingkungan dan memberikan keindahan lingkungan jalan pada malam hari. Penerangan jalan umum juga diperlukan untuk menunjang aktifitas perekonomian dan mobilitas masyarakat di malam hari. Perkembangan lampu untuk penerangan jalan umum di dunia tergolong pesat. Produsen lampu penerangan jalan umum gencar menawarkan inovasi LED Street Lighting yang merupakan terobosan baru alternatif penerangan jalan umum berbasis LED ( Light Emitting Diode ) yang hemat energi dan ramah lingkungan. Oleh karena itu Jalan layang di sepanjang jalur kampung melayu – tanah abang telah menggunakan lampu LED sesuai dengan kebutuhan penerangan di sepanjang jalan tersebut Kata Kunci: LED, Diode, jalan, navigasi ABSTRACT Street lighting is a vital facilities needed as a navigation aid road users, improve the safety and comfort of road users, supporting environmental security and provide environmental beauty of the road at night. Street lighting is also needed to support economic activity and mobility of citizens in the evenings. The development of lamps for street lighting in the world relatively rapidly. Street lighting lamp manufacturer incentive to offer innovative LED Street Lighting which is a new breakthrough alternative street lighting based on LED (Light Emitting Diode) that is energy efficient and environmentally friendly. Therefore Street overpass along the Kampung Melayu–Tanah Abang has been using LED lights according to the needs of lighting along the road Kata Kunci: LED, Diode, Street, navigasi

1

PENDAHULUAN

Jakarta sebagai ibukota negara memberi perhatian lebih pada kelestarian lingkungan untuk menghemat energi, mengurangi polusi, pemanasan global, dan sebagainya. Salah satunya adalah seperti yang dilakukan Pem-Prov DKI Jakarta dengan mengganti sejumlah lampu penerangan jalan umum (PJU)


67

dengan lampu hemat energi, bahkan akan menggunakan lampu hemat energi tersebut untuk penerangan jalan layang saat ini masih terus dibangun sebagai usaha untuk mengurangi emisi gas buang sebesar 30% Pada tahun 2030 [1] Lampu hemat energi yang dimaksud merupakan jenis LED ( light emitting diode ) Untuk lampu PJU yang sudah terpasang saat ini di sejumlah ruas jalan protokol, provinsi dan pemukiman, juga terus dilakukan Perawatan dan penggantian lampu yang masih boros listrik secara bertahap juga diganti menjadi lampu LED hemat energi. Kapasitas lampu PJU lama menggunakan jenis lampu natrium berkapasitas 400 watts sedangkan LED hanya berkapasitas 200 watt Penghematan energi ini sudah diatur dalam Instruksi Presiden nomor 13 tahun 2011 tentang Penghematan energi dilingkungan Pem-Prov DKI Jakarta serta Instruksi Gubernur Nomor 23 Tahun2008 tentang Penghematan Energi dan Air [ 1 ] . Cahaya adalah energi yang dipancarkan pada panjang gelombang (380-780 ) nm. Cahaya tampak adalah gelombang elektromagnet yang mempunyai panjang 380 nm sampai 780 nm dan dapat dilihat oleh manusia. Contohnya adalah cahaya matahari. Sedangkan cahaya tidak tampak adalah gelombang electromagnet yang mempunyai panjang dibawah 380 nm. Contohnya adalah X rays, β rays, α rays.

2 2.1

LANDASAN TEORI Besaran Pokok Pencahayaan

2.1.1 Luminansi(Luminance) Luminansi ( L ) merupakan besaran yang berkaitan erat dengan kuat penerangan (E),Luminansi adalah pernyataan kuantitatif jumlah cahaya yang dipantulkan oleh permukaan pada suatu arah. Luminansi suatu permukaan ditentukan oleh kuat penerangan dan kemempuan memantulkan cahaya oleh permukaan.

L=

( cd/m2 )

Dimana : L

= Luminasi (cd/m2)

I

= Intensitas (cd)

A = Luas semua permukaan (m2)

2.1.2 Arus Cahaya ( Luminous flux ) Arus cahaya atau Luminous flux (Φ) didefinisikan sebagai jumlah total cahaya yan dipancarkan oleh sumber cahaya setiap detik. Sedangkan aliran rata-rata energi cahaya adalah arus cahaya atau fluks cahaya. Luminous flux dapat juga didifinisikan sebagai radiasi energi cahaya yang keluar per detik dari bodi dalam bentuk luminous light wave. Satuan luminous flux adalah lumen. Dan didefinisikan sebagai flux yang terbawa pada solid angle dari sumber satu candela atau standart candela. 1 lumen = 0.0016 watt (pendekatan). Besarnya arus cahaya dapat kita tulis dalam persamaan sebagai berikut: Φ= Dimana : Φ = Arus cahaya (lumen) Q = Energi cahaya (lumen. detik) JURNAL KAJIAN TEKNIK ELEKTRO Vol.2 No.1

68

t = Waktu (detik)

2.1.3 Intensitas Cahaya ( Luminous Intensity ) Intensitas cahaya ( I ) atau luminous intensity dengan satuan kandela ( cd ) adalah arus cahaya dalam lumen yang diemisikan setiap sudut ruang ( pada arah tertentu ) oleh sebuah sumber cahaya. intensitas cahaya diukur pada temperature platina. Intensitas cahaya ( I ) dapat dinyatakan sebagaiperbandingan diferensial arus cahaya (lm) dengan diferensial sudut ruang ( sr ), yaitu:

I = Dimana: I = Intensitas cahaya ( cd )

lm/ sr ( cd )

= sudut ruang ( lumen/sr ) Intensitas cahaya 1 cd mengeluarkan arus cahaya ( Φ ) sebesar 1 lm di udara. Besarnya intensitas cahaya yang dihasilkan suatu sumber cahaya adalah tetap, baik dipancarkan secara terpusat maupun menyebar.

2.1.4 Kuat Pencahayaan ( Iluminance ) Kuat Pencahayaan atau kecemerlangan cahaya adalah pernyataan kuantitatif untuk arus cahaya yang menimpa atau sampai pada permukaan bidang. Kuat pencahayaan disebut pula tingkat pencahayaan atau intensitas pencahayaan merupakan perbandingan antara flux cahaya ( F) dengan luas permukaan ( A ) yang mendapat sumber cahaya. Satuannya : Lux atau Lumen/m2.

E = lux Dimana : E = Kuat pencahayaan (lux) F = Arus cahaya (lumen) A = luas permukaan bidang ( m2 )

2.1.5 Rekomendasi Pencahayaan Jalan Kualitas pencahayaan pada suatu jalan diukur berdasarkan metoda iluminansi atau luminansi. Meskipun demikian lebih mudah menggunakan metoda iluminansi, karena dapat diukur langsung di permukaan jalan dengan menggunakan alat pengukur kuat cahaya.Kualitas pencahayaan normal menurut jenis/klasifikasi fungsi jalan ditentukan seperti pada table dibawah ini Tabel 2.9 Rekomendasi pencahayaan jalan

Jenis/ klasifikasi jalan

Kuat pencahayaan (Iluminansi) E rata rata Kemerataan


Luminansi L ratarata

Kemerataan

Batasan silau

G

TJ ( % )

69

Trotoar Jalan lokal : Primer Sekunder Jalan kolektor : Primer Sekunder Jalan ateri : Primer Sekunder Jalan arteri dengan akses kontrol, jalan bebas hambatan Jalan layang, simpang susun, terowongan

(lux)

g1

(cd/m2)

VD

VI

I- 4

0,10

0,10

0,40

0,50

4

20

2_ 5 2_ 5

0,10 0,10

0,50 0,50

0,40 0,40

0,50 0,50

4 4

20 20

2_ 5 2_ 5

0,14 0,14

1,00 1,00

0,40 0,40

0,50 0,50

4_5 4_5

20 20

11 _20 11 _20

0,14 - 0,20 0,14 - 0,20

1,50 1,50

0,40 0,40

0,50 - 0,70 0,50 - 0,70

5_6 5_6

10 _20 10 _20

15 _20

0,14 - 0,20

1,50

0,40

0,50 - 0,70

5_6

10 _20

20 _25

0,20

2,00

0,40

0,70

6

10

( Spesifikasi penerangan jalan SNI no.7391 tahun 2008) Keterangan : g1 : E min/E maks G : Silau (glare) TJ : Batas ambang kesilauan VD : L min/L maks

3 3.1

VI : L min/L rata-rata

METODE PENELITIAN Tempat dan waktu penelitian

Metodologi penelitian merupakan tahapan sistematis atau urutan-urutan proses yang dibuat dalam melakukan sebuah penelitian untuk membantu mencari penyelesaian masalah sesuai dengan tujuan penelitian terhadap studi lampu pencahayaan jalan dengan lampu LED untuk memenuhi standar teknis, penelitian ini diambil dari jalan layang kampung melayu-tanah abang yang berlangsung pada bulan januari tahun 2015.


70

3.2

Metodologi perolehan data

Dalam memperoleh data-data yang diperlukan dalam metodologi penelitian yang digunakan antara lain adalah dengan melakukan studi pustaka, mengumpulkan bahan-bahan bacaan seperti buku, jurnal dan data-data dari Dinas Perindustrian dan Energi DKI Jakarta serta diskusi dengan orang-orang yang memang berkecimpung langsung dengan pencahayaan jalan, juga literarur-literatur yang berkaitan dengan materi tulisan ini di internet.

3.3

Tahapan percobaan

Untuk tahapan percobaan ini dilakukan dengan menggunakan alat untuk mengukur tingkat kekuatan atau intensitas. Alat ini didalam memperlihatkan hasil pengukurannya menggunakan format digital yang terdiri dari rangka, sebuah sensor. Sensor tersebut diletakan pada sumber cahaya yang akan diukur intensitasnya. Dari data yang diperoleh secara langsung dilokasi penelitian kemudian diolah dan disandingkan dengan data yang diperoleh dari sumber lain.

3.4

4 4.1

Diagram alir penelitian

HASIL DAN PEMBAHASAN Kuat Pencahayaan

Lampu LED 200 W, Sudut inklinasi 15°, tinggi lampu= 9 mtr, Efikasi = 90 lumen/W, Faktor Perawatan 60 % , Faktor Refleksi q = 0,08. Maka untuk menentukan kuat pencahayaan rata-rata dan luminansi rata-rata adalah:


71

η= ηrs+ ηks = ηrs( 0 – 6,75m )+ ηks( 0 – 2m ) = ηrs( 0 –

+ ηks( 0 –

= ηrs( 0 - 0,75 ) +ηks( 0 - 0,22 ) = 30 % + 10 % = 40 % ǿLp = 200 watt . 90 = 18000 lumen Maka : E rata2 = = 16,5 lux L rata2 = E rata2 . q Gambar 4.1 Tiang lampu jalan kasablanka

= 16,5 . 0,08 = 1,316

Jadi jika di lihat pada tabel rekomendasi pencahayaan untuk jenis jalan layang maka hasil yang diperoleh belum memenuhi standar pencahayaan SNI no:7391.

4.2

Perhitungan jumlah titik lampu Untuk menentukan perhitungan titik lampu yang diperlukan adalah sebagai berikut : T= dimana : T : jumlah titik lampu, L: panjang jalan (m) S : jarak tiang ke tiang (m)

No Sumber Gardu 1 KB 254

Panel Pembagi PP 1 PP 2 PP 3

Tabel 4.1 Panjang jalan & Titik lampu Jumlah Tiang Jarak Panjang Tiang(m) Jalan(m) 12 cabang 1 12 cabang 1 11 cabang 2 30 x 35 = 35 tiang 30 1050


Titik Lampu

1050/30= 35 + 11=46 72

2

3

4

5

KB 179

KB 78

PP 1 PP 2 PP 3 PP 4 PP 1 PP 2 PP 2 PP 3 PP 4

KB 36 G PP 1 PP 2 KB 124

PP

12 cabang 1 12 cabang 1 12 cabang 1 12 cabang 1 48 tiang 12 cabang 1 5 cabang 1 7 cabang 1 5 cabang 1 12 cabang 1 41 tiang 9 cabang 2 9 cabang 2 18 tiang 9 cabang 2

30

30 x 48 = 1440

1440/30= 48

30

30 x 41 = 1230

1230/30= 41

30 x 18 = 540 30 x 9 = 270

540/30= 18+18= 36 270/30= 9+9=18

30 30

Dengan pemasangan lampu penerangan jalan LED 200 W maka diperoleh daya listrik sebagai berikut : 1.KB.254 = jumlah titik lampu x daya lampu = 46 buah lampu x 200 W = 9200 W = 46 buah lampu x 250 W = 11500 W (lampu sodium son) 2.KB.179 = jumlah titik lampu x daya lampu = 48 buah lampu x 200 W = 9600 W = 48 buah lampu x 250 W = 12000 W (lampu sodium son) 3.KB.78 = jumlah titik lampu x daya lampu = 41 buah lampu x 200 W = 8200 W = 41 buah lampu x 250 W = 10250 W (lampu sodium son) 4.KB.36G= jumlah titik lampu x daya lampu = 36 buah lampu x 200 W = 7200 W = 36 buah lampu x 250 W = 9000 W (lampu sodium son) 5.KB.124= jumlah titik lampu x daya lampu = 18 buah lampu x 200 W = 3600 W = 18 buah lampu x 250 W = 4500 W (lampu sodium son)


73

Maka untuk pemasangan titik lampu penerangan jalan lampu LED lebih baik dari pada lampu sodium son.

4.3

Jatuh Tegangan Untuk menentukan jatuh tegangan pada arus bolak-balik 3 fase adalah: Δv =

volt atau =

x 100 %

1. Sumber Gardu KB 254 PHB PP 1 Δv =

= 7,785 volt =

x 100 % = 2,0 %

Jadi nilai jatuh tegangan pada PHB PP 1 adalah 7,785 volt atau 2,0 % sudah memenuhi standar PUIL 2011 dengan persentasi 2 % sampai dengan 5%. PHB PP 2 Δv =

= 8,274 volt

=

x 100 % = 2,17 %


= 9,386 volt

=

x 100 % = 2,47 %

Jadi nilai jatuh tegangan pada PHB PP 3 adalah 9,386 volt atau 2,47 % sudah memenuhi standar PUIL 2011 dengan persentasi 2 % sampai dengan 5%. 2. Sumber Gardu KB 179 PHB PP 1 Δv = =

= 8,318 volt

x 100 % = 2,18 %

Jadi nilai jatuh tegangan pada PHB PP 1 adalah 8,318 volt atau 2,18 % sudah memenuhi standar PUIL 2011 dengan persentasi 2 % sampai dengan 5%. PHB PP 2 Δv = =

= 11,56 volt x 100 % = 3,04 %

Jadi nilai jatuh tegangan pada PHB PP 2 adalah 11,56 volt atau 3,04 % sudah memenuhi standar PUIL 2011 dengan persentasi 2 % sampai dengan 5%.


74

PHB PP 3 Δv =

= 11,56 volt =

x 100 % = 3,04 %


= 8,363 volt

=

x 100 % = 2,20 %


= 6,984 volt x 100 % = 1,83 %


= 5,738 volt x 100 % = 1,15 %


= 6,094 volt x 100 % = 1,60 %


= 7,429 volt x 100 % = 1,95 %

Jadi nilai jatuh tegangan pada PHB PP 4 adalah 7,429 volt atau 1,95 % sudah memenuhi standar PUIL 2011 dengan persentasi 2 % sampai dengan 5%.


75

4. Sumber Gardu KB 36 G PHB PP 1 Δv =

= 5,160 volt

=

x 100 % = 1,36 %


= 8,98 volt x 100 % = 2,36 %


= 4,759 volt x 100 % = 1,25 %

Jadi nilai jatuh tegangan pada PHB PP 1 adalah 4,759 volt atau 1,25 % sudah memenuhi standar PUIL 2011 dengan persentasi 2 % sampai dengan 5%. Jadi dari hasil keseluruhan dapat di simpulkan bahwa telah terjadi penghematan konsumsi daya listrik sebesar 2 % sampai dengan 5%.

5 5.1

KESIMPULAN & SARAN Kesimpulann Jadi berdasarkan hasil penelitian ini maka dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Kualitas pencahayaan masih belum memenuhi rekomendasi pencahayaan jalan yang sesuai dengan SNI no 7391 tahun 2008 spesifikasi penerangan jalan. 2. Instalasi listrik pencahayaan jalan telah memenuhi PUIL 2011 dengan jatuh tegangan 2 % sampai dengan 5 %. 3. Dengan menggunakan lampu LED 200 W dapat dilakukan penghematan beban dayanya dibandingkan lampu Sodium ( son ) 250 W 4. Dengan menggunakan lampu LED tidak lagi terdapat limbah gas natrium dari lampu sodium son dan sodium sox


76

5.2

Saran 1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut agar rekomendasi pencahayaan jalan sesuai dengan SNI no 7391 tahun 2008. 2. Perencanaan ini dapat digunakan oleh pemerintah pada daerah wilayah Jakarta selatan sebagai rekomendasi instalasi listrik pencahayaan jalan yang sesuai dengan PUIL 2011 Penggunaan lampu LED daripada lampu Sodium ( son ) pada pencahayaan jalan adalah guna menghemat biaya energi listrik. Namun penggantian ini diperklukan biaya investasi awal yang sangat besar, tetapi akan berpengaruh pada jangka panjang 3. Hendaknya pemerintah terus berupaya menggunakan lampu LED agar dapat melestarikan lingkungan

6

REFERENSI

[ 1 ] Berita Jakarta.com [ 2 ] Illumination Engineering, Ronald N. 1977 [ 3 ] Light Measurement Handbook, Alex Ryer 1998 [ 4 ] Philips Lighting, Edisi ke lima 1993 [ 5 ] PUIL 2011 SNI 040225-2011 [ 6 ] Dinas Perindustrian & Energi Provinsi DKI Jakarta [ 7 ] SNI 7391:2008 Spesifikasi penerangan jalan [ 8 ] Teknik pemanfaatan tenaga listrik, jilid 1 Prih sumardjati [ 9 ] Teknik Pencahayaan, Ir. S Gunawan, MSc Jakarta 2008 [ 10 ] www. Tiang lampu PJU.com


77

PERMODELAN SISTEM DAN DESAIN PENGENDALI PID DENGAN METODE CIANCONE DENGAN MENGGUNAKAN MATLAB SIMULINK PADA SISTEM PRESSURE PROCESS RIG

Recommend Documents