RANCANG BANGUN SISTEM SUPLAI DAYA LISTRIK 900 WATT DAN INSTALASI PENERANGAN DARURAT PADA RUANG PERANCANGAN DENGAN MENGGUNAKAN BATERAI AKUMULATOR SECARA OTOMATIS
LAPORAN TUGAS AKHIR
Ditujukan Untuk Memenuhi Persyaratan Ujian Tugas Akhir oleh :
Andi Maranatha L. Tobing
Novia Angelina Siregar
NIM : 100 503 1002
NIM : 100 503 1032
Theresia Ariyanthi Aritonang
Zulfahmi Fauzan
NIM : 100 503 1043
NIM : 100 503 1050
PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2013
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas Kasih dan Anugerah-Nya yang memberikan pengetahuan, kesehatan dan kesempatan kepada Penulis sehingga mampu menyelesaikan Tugas Akhir ini. Laporan yang berjudul Rancang Bangun Sistem Suplai Daya Listrik 900 Watt dan Instalasi Penerangan Darurat pada Ruang Perancangan Dengan Menggunakan Baterai Akumulator Secara Otomatis, disusun sebagai syarat untuk menyelesaikan Program Pendidikan Studi Diploma 3 Program Studi Teknik Listrik Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan. Dalam pembuatan laporan ini, Penulis telah banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak, baik berupa material, spiritual, informasi maupun segi administrasi. Oleh sebab itu selayaknya penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak M. Syahruddin, M.T, sebagai Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Ibu Ir. Rina Anugerahwaty, M.T , sebagai Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan. 3. Bapak Suparmono, M.T, selaku Kepala Program Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Medan. 4. Bapak Sutan Pardede, M.T, selaku Kepala Bengkel Teknik Listrik Politeknik Negeri Medan yang telah membimbing, memotivasi serta membantu Penulis dalam pengerjaan Tugas Akhir ini. 5. Bapak Nobert Sitorus, M.T, selaku Dosen Pembimbing yang telah memberikan waktu, perhatian, petunjuk, dan arahan serta mengajari Penulis dengan sabar dalam pengerjaan Tugas Akhir ini hingga selesai. 6. Bapak Ashuri Arie Widianto, M.T, sebagai Dosen Wali EL-6A yang banyak memotivasi Penulis dalam penyusunan Tugas Akhir ini dan mengajari banyak hal sehingga Penulis banyak memperoleh ilmu. 7. Seluruh dosen dan staf pengajar Politeknik Negeri Medan yang telah sabar dalam mengajar selama kuliah di Politeknik Negeri Medan.
III
IV
8. Seluruh staf Bengkel dan Laboratorium Program Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Medan yang telah sabar mengajarkan serta membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 9. Buat kedua Orang Tua serta saudara Kami yang tercinta yang telah memberi dukungan baik dalam semangat, nasihat, materi, dan terlebih dalam dukungan doa sehingga Penulis dapat menyelesaikan pendidikan Diploma 3 Politeknik Negeri Medan. 10. Buat seluruh teman-teman seperjuangan yang selalu saling mendukung dan memberikan semangat khususnya EL-6A dan terkhusus teman-teman dalam kelompok Tugas Akhir. Penulis juga meminta maaf atas kekurangan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini. Penulis menyadari terdapat banyak kekurangan dalam Laporan ini. Maka dari itu besar harapan Kami agar Pembaca dapat memperbaikinya di kemudian hari. Penulis juga mengharapkan Laporan ini bermanfaat bagi siapa pun yang membacanya. Akhir kata Penulis mengucapkan terima kasih kepada siapa saja yang telah membantu dalam menyelesaikan Laporan ini. Semoga Tuhan Yang Maha Esa melimpahkan rahmat-Nya kepada Kita semua.
Medan, 27 Agustus 2013 Hormat Kami,
Penulis
ABSTRAK
Sekarang ini, sering terjadi pemadaman listrik oleh PLN yang banyak mengganggu kegiatan masyarakat. Penyediaan sumber tenaga listrik memegang peranan penting dalam berbagai aspek kehidupan. Oleh sebab itu, pasokan tenaga listrik diharapkan dapat tersedia secara terus-menerus (kontinyu). Saat ini terdapat pembangkit cadangan yang biasa disebut generator set. Apabila suplai PLN padam, maka genset dioperasikan sebagai sumber tenaga listrik sehingga tidak mengganggu aktivitas yang sedang berlangsung. Pada saat ini, genset tidak hanya digunakan di industri saja, melainkan telah dipakai di instalasi rumah tinggal. Dalam pengoperasian sebuah genset, jarang sekali ditemukan pengontrolan genset secara otomatis. Semua pengoperasian dilakukan secara manual, mulai dari melepas switch tenaga dari sumber PLN atau pembangkit, menstarter genset, menutup switch tenaga dari genset, barulah keluaran tenaga listrik dari genset dapat digunakan. Bukan hanya itu, banyak faktor dari genset yang menyebabkan penggunaannya masih sangat dipertimbangkan. Misalnya biaya operasionalnya yang relatif besar karena menggunakan Bahan Bakar Minyak (BBM), polusi udara serta suara yang tentunya mengganggu, dan lain sebagainya. Dalam Tugas Akhir ini, Penulis mencoba menerapkan alternatif lain sebagai cadangan tenaga listrik. Berbeda dengan genset yang membangkitkan tenaga listrik, sistem dalam Tugas Akhir ini menerapkan prinsip penyimpanan tenaga listrik. Sistem yang kami rancang tersebut dapat diaplikasikan untuk kebutuhan suplai cadangan listrik pada instalasi rumah tinggal. Sistem ini mempunyai beberapa keunggulan dibandingkan dengan genset. Diantaranya adalah biaya operasional yang rendah, perawatan sistem yang sederhana, serta ramah lingkungan.
V
DAFTAR ISI
LEMBAR PERSETUJUAN .............................................................................................. I LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................................. II KATA PENGANTAR .................................................................................................... III ABSTRAK .......................................................................................................................V DAFTAR ISI .................................................................................................................. VI DAFTAR TABEL ........................................................................................................VIII DAFTAR GAMBAR...................................................................................................... IX DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................................. XI BAB 1 ............................................................................................................................... 1 PENDAHULUAN ............................................................................................................ 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7
LATAR BELAKANG .............................................................................................. 1 BATASAN MASALAH ........................................................................................... 2 RUMUSAN MASALAH .......................................................................................... 2 TUJUAN PEMBUATAN PROYEK ............................................................................ 3 MANFAAT PEMBUATAN PROYEK ........................................................................ 3 TEKNIK PENGUMPULAN DATA ............................................................................ 3 SISTEMATIKA PEMBAHASAN ............................................................................... 4
BAB 2 ............................................................................................................................... 6 LANDASAN TEORI ....................................................................................................... 6 2.1 TEORI DASAR...................................................................................................... 6 2.2 BATERAI AKUMULATOR ..................................................................................... 6 2.2.1 Pengertian Baterai Akumulator ...................................................................... 6 2.2.2 Cara Keja Baterai Akumulator ....................................................................... 8 2.2.3 Pengisian Baterai ............................................................................................ 9 2.2.4 Saat Baterai Menerima Arus ........................................................................ 10 2.2.5 Saat Baterai Mengeluarkan Arus.................................................................. 11 2.2.6 Karakteristik Baterai .................................................................................... 13 2.2.7 Kapasitas Baterai .......................................................................................... 13 2.2.8 Cara Merawat Baterai Akumulator .............................................................. 18 2.3 CHARGER OTOMATIS ........................................................................................ 19 2.3.1 Pengertian Charger Otomatis ....................................................................... 19 2.3.2 Analisa Rangkaian dan Cara Kerja Charger Otomatis ................................. 19 2.4 INVERTER.......................................................................................................... 22
VI
VII
2.4.1 Pengertian Inverter ....................................................................................... 22 2.4.2 Analisa Rangkaian dan Cara Kerja Inverter ................................................. 24 2.5 LAMPU LED ..................................................................................................... 26 2.5.1 Pengertian Lampu LED ................................................................................ 26 2.5.2 Karakteristik Lampu LED ............................................................................ 27 2.5.3 Perkembangan teknologi Lampu LED ......................................................... 28 2.5.4 Keuntungan dan Kerugian Lampu LED....................................................... 31 2.6 RELAY .............................................................................................................. 31 2.6.1 Pengertian Relay .......................................................................................... 31 2.6.2 Cara Kerja Relay .......................................................................................... 32 2.6.3 Keuntungan Penggunaan Relay ................................................................... 34 BAB 3 ............................................................................................................................. 35 PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM ....................................................... 35 3.1 DIAGRAM BLOK RANGKAIAN ........................................................................... 35 3.2 GAMBAR RANGKAIAN KERJA ........................................................................... 36 3.3 DESKRIPSI KERJA RANGKAIAN ......................................................................... 42 3.3.1 Ketika sistem dikondisikan secara otomatis................................................. 42 3.3.2 Ketika sistem dikondisikan secara manual................................................... 43 3.3.3 Ketika sistem dikondisikan OFF (terbuka) .................................................. 43 3.3.4 Denah Lokasi Peletakan Tugas Akhir .......................................................... 44 BAB 4 ............................................................................................................................. 45 PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM ....................................................................... 45 4.1 PENGUJIAN KETAHANAN BATERAI ................................................................... 45 4.1.1 Pengosongan Tegangan Baterai ................................................................... 45 4.1.2 Pengisian Tegangan Baterai ......................................................................... 46 BAB 5 ............................................................................................................................. 56 PENUTUP ...................................................................................................................... 56 5.1 5.2
KESIMPULAN .................................................................................................... 56 SARAN .............................................................................................................. 57
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................................... 58 LAMPIRAN ................................................................................................................... 60
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 . Tabel Kondisi Baterai .................................................................................. 17 Tabel 2. 2 . Parameter Teknikal Inverter ........................................................................ 25
Tabel 4. Tabel 4. Tabel 4. Tabel 4. Tabel 4.
1 . Hasil Pengukuran dan Pengujian Pengosongan Tegangan Baterai............. 45 2 . Hasil Pengukuran dan Pengujian Pengisian Tegangan Baterai (charging) 46 3 . Data Hasil Pengukuran Vout, Iout, Frekuensi dan cos ⱷ............................ 47 4 . Data Hasill Pengukuran Tegangan Keluaran Sistem.................................. 49 5 . Tabel Perbedaan antara AC dan DC .......................................................... 52
VIII
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1.Konstruksi Baterai Akumulator ................................................................... 7 Gambar 2. 2. Reaksi Kimia Pembentukan Energi Listrik ................................................ 8 Gambar 2. 3. Ilustrasi Baterai Dalam Keadaan Terisi Penuh ......................................... 12 Gambar 2. 4. Ilustrasi Baterai Saat Mengeluarkan Arus ................................................ 12 Gambar 2. 5. Ilustrasi Baterai Dalam Keadaan Tidak Terisi (Discharge) ..................... 12 Gambar 2. 6 Kurva Pengosongan Baterai ...................................................................... 13 Gambar 2. 7 Kurva Pengisian Baterai ............................................................................ 13 Gambar 2. 8 Perbandingan Karakteristik Pengisian dengan Karakteristik Pengosongan pada Baterai .................................................................................................................... 14 Gambar 2. 9 . Gambar Rangkaian Charger Baterai Otomatis........................................ 20 Gambar 2. 10 . Gambar Rangkaian Charger Otomatis pada Baterai Akumulator ......... 21 Gambar 2. 11 . Gambar Rangkaian Inverter Full Bridge Sederhana .............................. 25 Gambar 2. 12. Simbol Lampu LED pada Diagram Kontrol........................................... 26 Gambar 2. 13. Bentuk Fisik LED ................................................................................... 27 Gambar 2. 14. Bentuk Fisik Lampu LED ....................................................................... 30 Gambar 2. 15. Simbol Relay pada Diagram Kontrol ..................................................... 32 Gambar 2. 16 . Konstruksi Relay Kontaktor .................................................................. 32 Gambar 2. 17 . Bentuk Fisik Relay Kontaktor ............................................................... 33 Gambar 2. 18 . Prinsip Kerja Relay ................................................................................ 34
Gambar 3 . 1 Diagram Blok Sistem................................................................................ 35 Gambar 3 . 2 . Diagram Listrik Sistem Supply Daya Listrik Darurat ............................ 36 Gambar 3 . 3 . Layout Pintu Panel .................................................................................. 37 Gambar 3 . 4 . Layout panel Kontrol .............................................................................. 38 Gambar 3 . 5. Diagram Kontrol Sistem Supply Daya Listrik Darurat Page 0 ................ 39 Gambar 3 . 6. Diagram Kontrol Sistem Supply Daya Listrik Darurat Page 1................ 40 Gambar 3 . 7. Diagram Kontrol Sistem Supply Daya Listrik Darurat Page 2................ 41
IX
X
Gambar 3 . 8 . Gambar Denah Lokasi ............................................................................ 44
Gambar 4. 1 . Rangkaian Pengujian Arus, Tegangan, Frekuensi, cos ⱷ, serta Bentuk Gelombang Keluaran Inverter......................................................................................... 47 Gambar 4. 2 . Bentuk Fisik Rangkaian Pengujian...........................................................53 Gambar 4. 3 . Bentuk Gelombang Keluaran Inverter dengan Beban R.......................... 54 Gambar 4. 4 . Bentuk Gelombang Keluaran Inverter dengan Beban L.......................... 54 Gambar 4. 5 . Bentuk Gelombang Keluaran Inverter dengan Beban RL........................ 55
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 . Buku Manual Inverter ............................................................................... 60 Lampiran 2 . Buku Manual Baterai ................................................................................ 68 Lampiran 3 . Inverter yang Digunakan ........................................................................... 69 Lampiran 4 . Charger Baterai yang Digunakan ............................................................. 70 Lampiran 5 . Baterai Akumulator yang Digunakan ....................................................... 71
XI
