SKRIPSI
RANCANG BANGUN PENYEIMBANGAN ARUS BEBAN PADA SISTEM 3 FASA MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ATMEGA 2560
AGUS MARDIANA PUTRA
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2016
SKRIPSI
RANCANG BANGUN PENYEIMBANGAN ARUS BEBAN PADA SISTEM 3 FASA MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ATMEGA 2560
AGUS MARDIANA PUTRA NIM 1204405020
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2016
RANCANG BANGUN PENYEIMBANGAN ARUS BEBAN PADA SISTEM 3 FASA MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ATMEGA 2560
Tugas Akhir Ini Diajukan sebagai Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana S1 (Starata1) Pada Jurusan Teknik Elektro dan Komputer Fakultas Teknik Universitas Udayana
AGUS MARDIANA PUTRA NIM 1204405020
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2016
ii
UCAPAN TERIMA KASIH Om Swastyastu, puja dan puji syukur penulis panjatkan kehadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa / Tuhan Yang Maha Esa karena berkat asung kertha wara nugraha-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Rancang Bangun Penyeimbangan Arus Beban pada Sistem 3 Fase menggunakan Mikrokontroler ATMEGA 2560” ini dengan baik. Skripsi ini disusun guna memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaiakan pendidikan sarjana strata satu (S1) Jurusan Teknik Elektro dan Komputer Fakultas Teknik Universitas Udayana. Saat penyususan proposal ini, penulis banyak memperoleh petunjuk dan bimbingan dari berbagai pihak. Oleh sebab itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada Bapak Prof. Ir. Ngakan Putu Gede Suardana, M.T., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana yang telah memberikan kesempatan bagi penulis bergabung dalam civitas akademika Fakultas Teknik Universitas Udayana. Bapak Wayan Gede Ariastina, S.T., M.Eng.Sc., Ph.D. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro dan Komputer Fakultas Teknik Universitas Udayana yang telah memberikan kesempatan untuk menggunakan seluruh fasilitas yang ada di Jurusan Teknik Elektro dan Komputer Fakultas Teknik Universitas Udayana. Bapak I Gusti Agung Komang Diafari Djuni H, ST., MT. selaku Pembimbing Akademik yang telah memberikan motivasi dan pengarahan mengenai informasi yang berkaitan dengan akademik selama penulis menempuh perkuliahan. Bapak Ir. Cok Gede Indra Partha, M.Erg., MT. selaku Dosen Pembimbing 1 yang telah memberikan arahan dan saran-saran dalam penyusunan skripsi ini. Bapak Ir. I Nyoman Budiastra, M.Kes., MT. selaku Dosen Pembimbing 2 yang telah memberikan arahan dan saran-saran dalam penyusunan skripsi ini. Pada kesempatan ini penulis juga menyampaikan terima kasih yang tulus disertai penghargaan kepada Bapak, Ibu, Adik dan Saudara yang telah memberikan dukungan moril dalam pennyusunan skripsi. Teman-teman Elektro 2012 yang senantiasa menghibur, memberikan semangat dan masukkan dalam pengerjaan skripsi ini. Serta semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu.
v
Penulis menyadari bahwa dalam skripsi ini masih banyak kekurangnnya. Maka dari pada itu penulis mengharapkan saran dan kritik demi sempurnanya laporan ini. Akhir kata penulis mohon maaf apabila ada kesalah penulisan nama maupun kata-kata sehingga dapat menyinggung perasaan pembaca.
Bukit Jimbaran, Juni 2016
Penulis
vi
ABSTRAK Rancang bangun penyeimbangan arus beban pada sistem 3 fasa menggunakan mikrokontroler ATMega 2560 merupakan suatu alat yang berfungsi untuk mengurangi rugi daya. Rugi daya akibat ketidakseimbangan arus beban adanya arus mengalir ke fasa netral pada sistem 3 fasa. Arus mengalir ke fasa netral di trafo distribusi menjadi kerugian bagi PT.PLN (Persero) karena daya terbuang ke bumi dan tidak dapat digunakan oleh konsumen. Sehingga alat ini akan menyeimbangkan arus beban untuk mengurangi nilai arus netral. Alat ini juga dilengkapi dengan sistem monitoring yang menampilkan besarnya arus tiap fasa termasuk fasa netral. Metode dalam pembuatan alat ini dibagi menjadi dua bagian yaitu pertama perancangan perangkat keras (hardware) terdiri dari perancangan komponen elektronika yang digunakan dengan rangkaian sensor arus, relay, LCD (Liquid Crystal Display) dan yang lainya. Kedua, perancangan perangkat lunak (software) berupa program kerja alat termasuk program monitoring menampilkan arus tiap fasa pada LCD menggunakan Arduino IDE. Sensor arus menggunakan SCT013030, output dari sensor arus dihubungkan dengan pin ADC (Analog to Digital Converter) mikrokontroler ATMega 2560. Selanjutnya mikrokontroler mengolah data dan menghasilkan nilai arus yang ditampilkan pada LCD. Hasil pengolahan selain nilai arus berupa perintah untuk mengaktifkan atau menonaktifkan relay yang menghubungkan sumber 3 fasa dengan beban 1 fasa. Hasil dari pengujian rancang bangun penyeimbang arus beban pada sistem 3 fasa menggunakan mikrokontroler ATMega 2560 berhasil karena alat melakukan penyeimbangan arus beban dengan memindahkan saluran beban dari urutan nomor beban terkecil yang tersambung ke fasa dengan arus beban terbesar menuju fasa yang memiliki arus beban terkecil ketika arus netral melebihi batas yang diijinkan. Pada situasi ini arus netral tidak mungkin bernilai nol. Fakta arus maksimun untuk fasa netral bagi PT.PLN (Persero) sebesar 50 ampere dikalibrasi menjadi 1 ampere dan digunakan sebagai batas pada prototype ini. Jika arus netral pada monitoring LCD melebihi 1 ampere maka akan dilakukan penyeimbangan arus beban. Hasil pengukuran nilai sensor arus yang ditampilkan pada sistem monitoring mendekati hasil pengukuran menggunakan tang ampere. Kata kunci : Penyeimbangan arus beban, sistem monitoring, SCT013-030, mikrokontroler ATMega 2560, saluran beban, arus netral.
vii
ABSTRACT The design of balancing the load current on three-phase systems using a microcontroller ATMega 2560 is a tool that serves to reduce the power loss. Power loss due to the load current unbalance the current flows in the neutral phase on three-phase systems. Current flows in the neutral phase distribution transformer into a detriment to PT. PLN (Persero) for the power lost to the earth and can not be used by consumers. So that it will balanced the load current to reduce the value of neutral current. The tool is also equipped with a monitoring systems that displays current magnitude of each phase including the neutral phase. The methods in making this tool is divided into two parts: first, the design of hardware consist of designing electronic components which are used by the current sensor circuits, relay, LCD (Liquid Crystal Display) etc. Second, the design of software is a tool listing program procedure including the monitoring program displays the current of each phase on LCD using the Arduino IDE. SCT013-030 current sensor used, the output of the current sensor is connected to the pin ADC (Analog to Digital Converter) microcontroller ATMega 2560. Then microcontroller process the data and generate a current value displayed on the LCD. The other result of processing current value is a command to enable or disable the relay that connects three-phase resource with single-phase loads. The result of the test design of balancing load current on three-phase system using a microcontroller ATMega 2560 succeed balancing the load current by moving the channel load of sequence number load the smallest connected to the phase with the current biggest load toward a phase that has a load current smallest when neutral current exceeds the limit is permitted. In this situation the neutral current will not be possible be zero. In fact the maximum current value for the neutral phase for PT. PLN (Persero) 50 amperes calibrated to 1 ampere and is used as a limit on this prototype. If the neutral current on LCD monitor exceeds 1 ampere, then there will be balancing of the load current. The current sensor measurement result are displayed on a monitoring approach measurement result using pliers ampere. Keywords : Balancing load current, monitoring system, SCT013-030, microcontroller ATMega 2560, channel load, neutral phase current.
viii
DAFTAR ISI
Halaman SAMPUL DALAM
i
PRASYARAT GELAR
ii
LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS
iii
LEMBAR PENGESAHAN
iv
UCAPAN TERIMA KASIH
v
ABSTRAK
vii
ABSTRACT
viii
DAFTAR ISI
ix
DAFTAR TABEL
xii
DAFTAR GAMBAR
xiii
DAFTAR ARTI LAMBANG, SINGKATAN DAN ISTILAH
xv
DAFTAR LAMPIRAN
xvi
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1 Latar Belakang
1
1.2 Rumusan Masalah
2
1.3 Tujuan Penelitian
2
1.4 Manfaat Penelitian
2
1.5 Batasan Masalah
3
BAB II KAJIAN PUSTAKA
4
2.1 Tinjauan Mutakhir
4
2.2 Saluran Jaringan Tegangan Rendah
5
2.3 Penyeimbangan Arus Beban pada Sistem 3 Fasa
6
2.4 Blok Diagram Hardware
7
2.4.1 Mikrokontroler arduino
8
2.4.1.1 Arduino Mega 2560 R3
8
2.4.1.2 Arduino IDE
9
2.4.2 Sensor Arus SCT013-030
10
2.4.3 Transistor
11
ix
2.4.4 Relay
13
2.4.5 LCD (Liquid Crystal Display)
14
2.4.6 Transformator
15
2.4.7 Dioda
15
2.4.8 Kapasitor
16
2.4.9 Regulator Tegangan
17
BAB III METODE PENELITIAN
18
3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian
18
3.2 Data
18
3.2.1 Sumber data
18
3.2.2 Jenis data
18
3.2.3 Metode pengumpulan data
19
3.3 Bahan
19
3.4 Peralatan Kerja
19
3.5 Langkah Penelitian
20
3.6 Pemodelan Sistem
21
3.7 Metode Perancangan Rancang Bangun Penyeimbangan Arus Beban pada Sistem 3 Fasa menggunakan Mikrokontroler ATMEGA 2560
22
3.7.1 Perancangan perangkat keras
22
3.7.1.1 Perancangan rangkaian catu daya
23
3.7.1.2 Perancangan rangkaian driver relay
23
3.7.1.3 Perancangan rangkaian sensor arus
24
3.7.1.4 perancangan rangkaian LCD
25
3.7.1.5 Perancangan rangkaian mikrokontroler
26
3.7.2 Perancangan perangkat lunak
26
3.7.3 Alur kerja switching beban pada sistem 3 fasa
32
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
34
4.1 Proses Penyeimbangan Arus Beban pada Sistem 3 Fasa menggunakan Mikrokontroler ATMega 2560 4.2 Hasil Perancangan
34 34
4.2.1 Penjelasan gambar blok rangkaian penyeimbangan arus beban
x
35
4.2.2 Penjelasan gambar blok pemodelan beban pada sistem 3 fasa 4.3 Pengujian dan Pembahasan Hasil Perancangan 4.3.1 Pengujian dan pembahasan rangkaian catu daya
36 37 37
4.3.2 Pengujian dan pembahasan rangkaian LCD (Liquid Crystal Display) 39 4.3.3 Pengujian dan pembahasan rangkaian driver relay
41
4.3.4 Pengujian dan pembahasan rangkaian sensor arus
44
4.3.5 pengujian dan pembahasan rangkaian mikrokontroler
47
4.4 Pengujian Keseluruhan Sistem
48
4.4.1 Pengujian penyeimbangan arus beban dengan arus beban terbesar pada fasa R
49
4.4.1.1 Pengujian dengan arus beban terkecil pada fasa S
49
4.4.1.2 Pengujian dengan arus beban terkecil pada fasa T
51
4.4.2 Pengujian penyeimbangan arus beban dengan arus beban terbesar pada fasa S
54
4.4.2.1 Pengujian dengan arus beban terkecil pada fasa R
54
4.4.2.2 Pengujian dengan arus beban terkecil pada fasa T
57
4.4.3 Pengujian penyeimbangan arus beban dengan arus beban terbesar pada fasa T
59
4.4.3.1 Pengujian dengan arus beban terkecil pada fasa R
60
4.4.3.2 Pengujian dengan arus beban terkecil pada fasa S
62
4.5 Hasil Pengujian Keseluruhan Sistem
64
BAB V SIMPULAN DAN SARAN
69
5.1 Simpulan
69
5.2 Saran
70
DAFTAR PUSTAKA
71
LAMPIRAN
xi
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 4.1 Pengukuran Tegangan Keluaran Catu Daya
38
Tabel 4.2 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa R dan Arus Beban Terkecil pada Fasa S
49
Tabel 4.3 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa R dan Arus Beban Terkecil pada Fasa S
51
Tabel 4.4 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa R dan Arus Beban Terkecil pada Fasa T
52
Tabel 4.5 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa R dan Arus Beban Terkecil pada Fasa T
53
Tabel 4.6 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa S dan Arus Beban Terkecil pada Fasa R
55
Tabel 4.7 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa S dan Arus Beban Terkecil pada Fasa R
56
Tabel 4.8 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa S dan Arus Beban Terkecil pada Fasa T
57
Tabel 4.9 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa S dan Arus Beban Terkecil pada Fasa T
59
Tabel 4.10 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa T dan Arus Beban Terkecil pada Fasa R
60
Tabel 4.11 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa T dan Arus Beban Terkecil pada Fasa R
61
Tabel 4.12 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa T dan Arus Beban Terkecil pada Fasa S
62
Tabel 4.13 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa T dan Arus Beban Terkecil pada Fasa S
64
Tabel 4.14 Hasil Pengujian Arus Beban Terbesar pada Fasa R
65
Tabel 4.15 Hasil Pengujian Arus Beban Terbesar pada Fasa S
66
Tabel 4.16 Hasil Pengujian Arus Beban Terbesar pada Fasa T
67
xii
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Line Diagram Gardu Distribusi
5
Gambar 2.2 Blok Diagram Rangkaian
7
Gambar 2.3 Arduino Mega 2560
9
Gambar 2.4 Skema Transformator Arus
10
Gambar 2.5 Sensor Arus SCT013-030
11
Gambar 2.6 Simbol Transistor
12
Gambar 2.7 Rangkaian Transistor Sebagai Saklar
13
Gambar 2.8 LCD 16 x 2 Display
14
Gambar 2.9 Regulator Tegangan
17
Gambar 3.1 Alur Prosedur Penelitian
20
Gambar 3.2 Pemodelan Sistem
21
Gambar 3.3 Blok Diagram Rangkaian
22
Gambar 3.4 Rangkaian Catu Daya
23
Gambar 3.5 Rangkaian Driver Relay
24
Gambar 3.6 Rangkaian Sensor Arus SCT013-030
25
Gambar 3.7 Rangkaian LCD 16x2
25
Gambar 3.8 Flowchart Program Utama
27
Gambar 3.9 Flowchart Program Utama sub-1
28
Gambar 3.10 Flowchart Program Utama sub-2
29
Gambar 3.11 Flowchart Program Utama sub-3
30
Gambar 3.12 Alur Kerja Penyeimbangan Beban
32
Gambar 4.1 Realisasi Hasil Perancangan
35
Gambar 4.2 Blok Diagram Pengujian Rangkaian Catu Daya
38
Gambar 4.3 Blok Diagram Pengujian Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display)
39
Gambar 4.4 Pengujian Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display)
41
Gambar 4.5 Blok Diagram Pengujian Rangkaian Driver Relay
41
Gambar 4.6 Pengujian Driver Relay
44
Gambar 4.7 Blok Diagram Pengujian Rangkaian Sensor Arus
45
xiii
Gambar 4.8 Pengujian Sensor Arus
46
Gambar 4.9 Blok Diagram Pengujian Rangkaian Mikrokontroler
47
Gambar 4.10 Monitor Pengujian Rangkaian Mikrokontroler
48
Gambar 4.11 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa R dan Arus Beban Terkecil pada Fasa S
50
Gambar 4.12 Penambahan Beban pada Fasa R dengan Arus Beban Terbesar pada Fasa R dan Arus Beban Terkecil pada Fasa S
50
Gambar 4.13 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa R dan Arus Beban Terkecil pada Fasa S
51
Gambar 4.14 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa R dan Arus Beban Terkecil pada Fasa T
52
Gambar 4.15 Penambahan Beban pada Fasa R dengan Arus Beban Terbesar pada Fasa R dan Arus Beban Terkecil pada Fasa T
53
Gambar 4.16 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa R dan Arus Beban Terkecil pada Fasa T
54
Gambar 4.17 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa S dan Arus Beban Terkecil pada Fasa R
55
Gambar 4.18 Penambahan Beban pada Fasa S dengan Arus Beban Terbesar pada Fasa S dan Arus Beban Terkecil pada Fasa R
56
Gambar 4.19 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa S dan Arus Beban Terkecil pada Fasa R
57
Gambar 4.20 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa S dan Arus Beban Terkecil pada Fasa T
58
Gambar 4.21 Penambahan Beban pada Fasa S dengan Arus Beban Terbesar pada Fasa S dan Arus Beban Terkecil pada Fasa T
58
Gambar 4.22 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa S dan Arus Beban Terkecil pada Fasa T
59
Gambar 4.23 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa T dan Arus Beban Terkecil pada Fasa R
60
Gambar 4.24 Penambahan Beban pada Fasa T dengan Arus Beban Terbesar pada Fasa T dan Arus Beban Terkecil pada Fasa R
xiv
61
Gambar 4.25 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa T dan Arus Beban Terkecil pada Fasa R
62
Gambar 4.26 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa T dan Arus Beban Terkecil pada Fasa S
63
Gambar 4.27 Penambahan Beban pada Fasa T dengan Arus Beban Terbesar pada Fasa T dan Arus Beban Terkecil pada Fasa S
63
Gambar 4.28 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa T dan Arus Beban Terkecil pada Fasa S
xv
64
DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG
AC
= Alternating Curent
ACS
= Alternating Curent Sensor
ADC
= Analog to Digital Converter
DC
= Direct Current
DPDT
= Double Pole Double Throw
DPST
= Double Pole Single Throw
FCO
= Fuse Cut Out
GND
= Ground
GPRS
= General Packet Radio Service
GSM
= Global System For Mobile Communication
IC
= Integrated Circuit
IDE
= Integrated Development Environment
JTR
= Jaringan Tegangan Rendah
LA
= Lightning Arrester
LED
= Light Emitting Diode
LCD
= Liquid Crystal Display
NC
= Normally Close
NO
= Normally Open
PCB
= Printing Circuit Board
PHB
= Panel Hubung Bagi
PLN
= Perusahaan Listrik Negara
RISC
= Reduced Intrution Set Computer
SCT
= Split-core Current Transformer
SLTR
= Saluran Listrik Tegangan Rendah
SPDT
= Single Pole Double Throw
SPST
= Single Pole Single Throw
SUTM
= Saluran Udara Tegangan Menengah
xvi
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1: Biodata
73
Lampiran 2: Jadwal Kegiatan
74
Lampiran 3: Daftar Anggaran Biaya
75
Lampiran 4: Data Sheet Arduino Mega 2560 R3
77
Lampiran 5: Data Sheet LCD 16x2
85
Lampiran 6: Data Sheet Relay
93
Lampiran 7: Data Sheet LED
95
Lampiran 8: Data Sheet TIP 31
105
Lampiran 9: Data Sheet SCT013-030
115
xvii
