RANCANG BANGUN PENGEMBANGAN KWH METER UKUR LISTRIK 1PHASE RUMAH TANGGA (PENGOLAHAN DAN PENYIMPANNAN DATA) Sonny Sugiarto K.1 Ir. Yahya CA, MT.2 Ir. Hendik, MT.2 Mahasiswa Jurusan Elektro Industri1 , Dosen Pembimbing 2 Dosen Pembimbing 3 Politeknik Elektronika Negeri Surabaya(PENS) Institut Teknologi Sepuluh Nopember(ITS), Surabaya, Indonesia Email:
[email protected]
ABSTRAK Kilo Watt Hour (kWh) Meter berfungsi untuk mencatat energi terpakai oleh pengguna energi listrik. Pada tugas akhir ini dilakukan perancangan pengembangan pada sisi tampilan yang dapat memudahkan dalam pembacaannya, karena dari kesalahan dalam pembacaan kWh meter berakibat dipihak penyedia jasa listrik mengalami kerugian dan pembukuan yang dilakukan menjadi tidak teratur, sedangkan dipihak konsumen akan terjadi ketidak sesuaian antara jumlah rekening yang harus dibayar dengan pemakaian listrik yang tercatat selain itu pelanggan dapat lebih sulit dalam melakukan kontrol jumlah pemakaian listrik tiap bulan. Pada tugas akhir ini mengunakan IC energy metering ADE 7757 dengan masukan tegangan dan arus dan menghasilkan keluaran pulsa sebanding dengan energi terpakai. Mikrokontroler AVR ATMega 8535 sebagai penghitung jumlah keluaran pulsa dari IC ADE 7757 serta melakukan perhitungan tarif-tarif dasar listrik yang berlaku. Setelah melakukan tera kWh Di PT. PLN Persero UPJ Surabaya Utara didapatkan tingkat ketelitian dari kWh ini adalah 97.278%, dan hasil terbaik di peroleh pada beban 3A Cosφ 0.996 dengan persentase error 0.36% dan setelah dilakukan pengujian pemasangan di perumahan didapatkan tingkat ketelitian 94.2% terhadap kWh Analog PLN class2 dan 97.8% terhadap kWh digital actaris class1 sehingga dapat ditarik kesimpulan bahwa meminimalkan kesalahan akibat tidak tepatnya pembacaan dapat dihindari dengan merencanakan tampilan dari kWh meter ukur listrik yang lebih mudah dibaca dan peralatan yang secara otomatis mengirimkan data digital pada waktu yang sudah ditentukan serta meningkatkan ketelitian dari kWh tersebut. Kata kunci: ADE 7757, ATMega 8535, tarif listrik
ABSTRACT The function of kilo watt hour meter is recorded used energy by users. Development of this tool still doing until now. So, on this final project will be design and development on the display that we can easy to read it. Because of the missing on reading kWh meter cause provider of electricity energy has disadventage and the accounting will be unregulated. Wherease on the consument, beatwen account that must be pay and energy used are out of shape. Then the consument will be difficult to controll energy used every month. On this final project used IC Energy Metering ADE7757 with input voltage and current, then produce pulse that comparable with energy used. Microcontroller Atmega 8535 is used to calculate number of pulse from IC ADE7757 and calculate bills of energy that use. After callibrated kWh on PT. PLN Persero UPJ Surabaya Utara, getting accuration of this kWh is 97,278% and the best output is geting on 3A load with cosφ 0.996 and the error precentaced 0.36% and after do test the house, geting accuration 94.2% reference analog PLN class 2 and 97,8% reference digital kWh actaris class 1. So we can get conclusion that to minimalize error that cause unprecision reading can be accompilished with design the disply of kWh meter that easy to used. And improve the precision of kWh. Kata kunci: ADE 7757, ATMega 8535, tarif listrik
1.
PENDAHULUAN
Sistem pencatat pemakaian energi listrik merupakan hal yang penting bagi penyedia jasa listrik maupun konsumen. Sehingga masih banyak penyesuaian yang dibutuhkan untuk mendapatkan kemudahan dalam pembacaan meter ukur listrik. Kerugian yang diderita oleh PT PLN unit distribusi jabar-banten akibat kesalahan dalam membaca meter listrik, sangatlah besar 0,3% dari total pendapatannya. kesalahan pembacaan ini juga menyebabkan pembukuan yang dilakukan menjadi tidak teratur. sedangkan bagi pelanggan, adanya ketidak sesuaian antara jumlah pemakaian energi listrik dengan nilai yang harus dibayarkan (sinar harapan rabu 18 desember). KWH yang sekarang digunakan oleh penyedia jasa listrik negara untuk konsumen rumah tangga baik yang analog maupun digital belum dapat menampilkan lebih mendetail sampai pada tampilan besar tarif yang harus dibayarkan pelanggan, sehingga setiap bulan pelanggan sulit untuk melakukan kontrol maupun memperkirakan besar tagihan listriknya. Pada saat ini juga pengiriman data dari pelanggan kepenyedia jasa listrik negara masih dilakukan secara manual dengan cara mendatangi dan mencatat ke setiap rumah konsumen listrik. Hal tersebut merupakan kendala sehingga peralatan yang ada nantinya dapat mengirimkan data secara otomatis setiap akhir bulan kepenyedia jasa listrik.
2. KONFIGURASI SISTEM Pada perancangan dan pembuatan proyek akhir pengembangan KWH meter ukur listrik 1phase untuk rumah tangga ini, dimana IC ADE 7757 yang diproduksi oleh analog device sebagai sensor utama penghitung energi yang terpakai oleh konsumen. Mikrokontroler AVR ATMega 8535 berfungsi sebagai penghitung jumlah pulsa keluaran dari IC ADE 7757 selain itu sebagai pembaca variabel waktu dari IC RTC DS 1307 yang menggunakan komunikasi serial SDA dan SCL dan sebagai penampil variabel pengukuran pada LCD. Mikrokontroler AVR ATMega 8535 juga berfungsi sebagai pengatur pengiriman data pada IC Xbee Pro melalui frekuensi 2.4 GHz.
Gambaran sistem yang akan kami rancang pada proyek akhir ini dijelaskan oleh blok diagram yang ditunjukan Gambar 3.1.
Gambar3.1 Blok Diagram
Penghitung Daya IC ADE7757 Perhitungan daya nyata didapat dari sinyal daya sesaat. Sinyal daya sesaat diperoleh dengan perkalian langsung sinyal arus dan tegangan. Untuk mendapatkan komponen daya nyata (yaitu komponen DC), sinyal daya nyata di low pass filter. Gambar 2.2 dibawah menggambarkan sinyal daya nyata sesaat dan bagaimana informasi daya nyata dapat diperoleh melalui low pass filter sinyal daya sesaat.
Gambar 2.2 Blok Diagram Pemrosesan Sinyal
Sekema diatas menghitung dengan benar daya nyata untuk arus sinusoidal dan gelombang tegangan pada semua faktor daya. Output frekuensi rendah (F1, F2) dari ADE 7757 didapat dari akumulasi informasi daya nyata. Frekuensi rendah ini pada dasarnya berarti waktu akumulasi yang lama antara getaran output. Akibatnya, frekuensi output yang dihasilkan adalah proporsional dengan daya nyata sesaat. Ini berguna untuk kalibrasi sistem, yang dapat dilakukan dalam kondisi beban tetap. Perhitungan untuk mendapatkan jumlah keluaran pulsa setiap kWh di peroleh dari perhitungan dibawah ini.
.
=
daya nyata (yaitu komponen DC), sinyal daya nyata di low pass filter.
Dimana: Freq = Keluaran frekuensi pada F1 dan F2 (Hz) V1rms = Perbedaan rms tegangan pada channel V1 (V) V2rms = Perbedaan rms tegangan pada channel V2 (V) Vref = Referensi tegangan (2.5±8%) V F1-4 =Satu dari empat kemugkinan pengaturan keluaran frekuensi melalui pengaturan masukan S0 dan S1
Tabel 3.1 Pemilihan Frekuensi F 1-4
Perancangan yang dilakukan: Daya Maksimum = 1300 VA Arus Maksimum =6A Tegangan Nominal = 220 V Keluaran Pulsa = 1700 pulsa / kWh S1 = 1 dan S2 = 1 Maka F 1-4 = 6.86 Maka: 1700 Impulse/kWh 3600 .
= 2769.23
= 1.628 = 0.61388
.
V1peak = 13.8 mV 0.61388
=
515.84 0.0138 √2
√2
6.86
Gambar3.2 Masukan Untuk Channel V1
Gambar 3.2 merupakan masukan untuk channel V1 yang merupakan masukan dari sensor arus dihubungkan ke ADE 7757. Di sini V1P adalah positif terhadap V1N. Sinyal diferential puncak maksimum pada chanel V1 harusnya kurang dari ±30mV (21mV rms untuk sinyal sinusoida murni) untuk operasi yang sudah ditentukan. Sinyal tegangan differential pada input harus direferensikan dalam AGND.
Gambar3.3 Masukan Maksimum Untuk Channel V1
Keluaran dari sensor tegangan yang mengunakan pembagi tegangan dihubungkan ke ADE 7757 pada masukan analog ini. Channel V2 mengacu terhadap tegangan common mode, atau sinyal tegangan diferential pada masukan direferensikan ke common mode (biasanya AGND). Masukan analog dari V2 ke ADE7757 puncak maksimumnya adalah 165 mV (116,67 Vrms).
2.5
= 157.13 Rangkaian ADE 7757 Blok rangkaian ADE 7757 berfungsi sebagai penghitung daya terpakai oleh pelanggan, melakukan perhitungan dengan masukan tegangan dan arus terdeferential. Perhitungan daya nyata didapat dari sinyal daya sesaat. Sinyal daya sesaat diperoleh dengan perkalian langsung sinyal arus dan tegangan. Untuk mendapatkan komponen
Gambar3.4 Masukan Untuk Channel V2
Gambar 3.4 merupakan masukan untuk channel V2 yang merupakan masukan dari sensor tegangan dihubungkan ke ADE 7757, karena IC ADE 7757 hanya dioperasikan dengan masukan untuk setiap channel tegangan sinusoidal yang terdeferential maka disini hanya mengunakan pembagi tegangan dari Vin 220 V AC. Di sini V1P adalah positif terhadap V1N.
Gambar 4.4 Single Phase Energy Testing Instrument
Gambar3.5 Masukan Maksimum Untuk Channel V2
Perancangan yang dilakukan diatas masih dalam batasan aman IC sehingga pada beban penuh 6A IC tidak akan mengalami kerusakan. 3.
PENGUJIAN DAN ANALISA
Dalam bab ini akan dibahas tentang pengujian berdasarkan perencanaan dari sistem yang dibuat. Program pengujian disimulasikan di suatu sistem yang sesuai. Pengujian ini dilaksanakan untuk mengetahui kehandalan dari sistem dan untuk mengetahui apakah sudah sesuai dengan perencanaan atau belum. Pengujian pertama-tama dilakukan secara terpisah, dan kemudian dilakukan ke dalam sistem yang telah terintegrasi.
N o 1
% Error Pada Beban 5A 2A Cosφ Cosφ Cosφ =1 =0.5 =1 -3% 5.029% 1.942%
Cosφ =0.5 2.727%
1A Cosφ =1 3.205%
0.5A Cosφ =1 2.087%
Tabel 4.2 Pengujian keluaran Port F1
Hasil uji utuk keluaran pulsa dihitung secara manual dengan impulse tester milik PT. PLN UPJ Surabaya Utara 4.4 Pengujian Kalibrasi Rangkaian Untuk mengetahui ketelitian alat, pengujian disini dibandingkan dengan kWh analog 1phase yang digunakan PLN yang dipasang di rumah-rumah konsumen.
4.3 Pengujian Keluaran ADE 7757 Pada Port F1 Berbeban Tujuan : Untuk mengetahui besaran waktu keluaran pulsa setiap port F1 yang sesuai untuk masukan mikrokontroler sebagai variabel penhitung daya terpakai oleh konsumen. Serta untuk menetahui ketelitian bari kWh tersebut.
Gambar 4.6 Meja Tera kWh PT. PLN UPJ Surabaya Utara
No
Cosφ
Teg (V)
1
Arus Beba n (A) 0.598
0.876
225
2
1.22
0.55
224
3
1.23
0.97
225
4
3.1
0.59
226
5
3.076
0.996
225
6
6.43
0.57
223.3
7
6.24
0.99
223.3
Teori (kWh ) 0.011 8 0.015 1 0.026 8 0.041 0 0.068 3 0.084 3 0.142
Waktu uji
Saran
Praktek (kWh)
Error (%)
0.01124
4.7
(Menit) 6
0.01538
1.2
6
0.02603
2.8
6
0.04142
1.02
6
0.06804
0.36
6
0.08875
5.28
6
0.13668
3.7
6
Tabel 4.2 Hasil Tera kWh meter 1Phase 2200 VA
4. Kesimpulan 1.
2.
3.
4.
5.
Kemudahan Kemudahan dalam pembacaan meter ukur listrik yang direncanakan pada tugas akhir ini dipergunakan untuk menghindari kesalahan pembacaan dari pihak pelanggan maupun penyedia jasa listrik, karena akibat dari kesalahan pembacaan meter ukur ini dapat merugikan pihak konsumen maupun penyedia jasa listrik. Apabila terjadi perubahan mengenai tarif dasar listrik maka sistem yang dibuat pada tugas akhir ini dapat dengan mudah untuk di - Up date hanya dengan men - Download program perhitungan tarif yang baru. KWh Ini memiliki konstanta 1690 pulsa per kWh bergeser dari perencanaan awal 1700 pulsa per kWh dikarenakan adanya tolerasi komponen yang digunakan. Pada kWh yang telah dibuat memiliki tingkat ketelitian 97.278%, dan hasil terbaik di peroleh pada beban 3A Cosφ 0.996 dengan persentase error 0.36% dan setelah dilakukan pengujian pemasangan di perumahan didapatkan tingkat ketelitian 94.2% terhadap kWh Analog PLN class2 dan 97.8% terhadap kWh digital actaris class1. kWh yang dibuat pada tugas akhir ini juga dapat mengirim data secara otomatis sesuai dengan program yang dapat diatur sehingga penggunaan energi listrik juga dapat dimonitor.
Saran untuk pengembangan lebih lanjut pada pengembangan kwh meter ukur listrik 1phase rumah tangga adalah : 1. Pada tugas akhir ini dapat dirancang lebih minimalis tetapi kendala pada tidak terdapatnya IC keluaran analog device yang memiliki kompleksitas pamakaian yang lebih tinggi, sehingga untuk pengembangan energi metering di sarankan untuk melihat referensi analog device IC energi metering. 2. Untuk pengembangan sistem yang 3phase tidak dapat dilakukan dengan IC ADE 7757 melainkan menggunakan varian yang lain IC energy metering keluaran analog device
Daftar Pustaka 1.
Analog Device . 2003. Energy Metering IC with Integrated Oscilator ADE 7757, U.S.A: One Technology Way Norwood.
2.
Andrianto, Heri. 2006. Pemrograman mikrokontroler AVR ATmega 16, Bekasi: Informatika.
3.
Atmel .2003. Microcontroller with 8k Bytes
In-System programable Flash
Atmega 8535, Orchard Parkway San Jose, U.S.A: Atmel corporation. 4.
Heryanto, M ary. 2007. Pemrograman Bahasa c untuk Mikrokontoler ATmega 8535, Tangerang: Adi.
5.
Sumardi, Sadi. 2009. Tutorial AT89 RTC DS1307 (64 x 8 Serial Real-Time Clock), Tangerang: LPP YUPTEKMAS.
