TUGAS AKHIR – TE 145561
Dika Mahendra A NRP 2213038005 Ikhlasul Amal NRP 2213038023
Dosen Pembimbing
Ir. Josaphat Pramudijanto, M. Eng.
PROGRAM STUDI D3 TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2016
MONITORING KUALITAS DAYA
OUTPUT
TRAFO DISTRIBUSI
BERBASIS MIKROKONTROLER VIA
WIFI
HALAMAN JUDUL
FINAL PROJECT – TE 145561
Dika Mahendra A NRP 2213038005 Ikhlasul Amal NRP 2213038023
Supervisor
Ir. Josaphat Pramudijanto, M. Eng.
ELECTRICAL ENGINEERING D3 STUDY PROGRAM Faculty of Industrial Technology
Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2016
ELECTRICAL
POWER
QUALITY
MONITORING
ON
SECONDARY SIDE OF DISTRIBUTION TRANSFORMER USING
MICROCONTROLLER AND WIFI NETWORK
PERNYATAAN KEASLIAN
PERNYATAAN KEASLIANTUGAS AKHIR
Dengan ini saya menyatakan bahwa isi sebagian maupun keseluruhan Tugas Akhir saya dengan judul “Monitoring Kualitas Daya Output Trafo Distribusi Berbasis Mikrokontroler Via Wifi”
adalah benar-benar hasil karya intelektual mandiri, diselesaikan tanpa menggunakan bahan-bahan yang tidak diijinkan dan bukan merupakan karya pihak lain yang saya akui sebagai karya sendiri.
Semua referensi yang dikutip maupun dirujuk telah ditulis secara lengkap pada daftar pustaka.
Apabila ternyata pernyataan ini tidak benar, saya bersedia menerima sanksi sesuai peraturan yang berlaku.
Surabaya, 2 Juni 2016
Dika Mahendra A NRP 2213038005
Ikhlasul Amal
---Halaman ini sengaja dikosongkan---
MONITORING KUALITAS DAYA OUTPUT TRAFO
DISTRIBUSI BERBASIS MIKROKONTROLER VIA WIFI
TUGAS AKHIR
Diajukan Guna Memenuhi Sebagian Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Ahli Madya Teknik
Pada
Bidang Studi Teknik Listrik Program Studi D3 Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Menyetujui:
Dosen Pembimbing
Ir. Josaphat Pramudijanto, M. Eng. NIP. 19621005 199003 1 003
MONITORING KUALITAS DAYA OUTPUT TRAFO
DISTRIBUSI BERBASIS MIKROKONTROLER VIA WIFI
Nama Mahasiswa I : Dika Mahendra A
NRP : 2213 038 005
Nama Mahasiswa II : Ikhlasul Amal
NRP : 2213 038 023
Pembimbing : Ir. Josaphat Pramudijanto, M. Eng.
NIP : 19621005 199003 1 003
ABSTRAK
Penyaluran tenaga listrik di jaringan distribusi tepatnya pada sisi sekunder trafo yang disalurkan ke pelanggan perlu dijaga kualitas dayanya. Caranya dengan melakukan monitoring daya output pada trafo distribusi setiap saat. Tetapi, monitoring dengan cara turun ke lapangan tidaklah praktis. Jika terjadi penurunan kualitas daya, akan lambat untuk ditangani oleh PLN. Akibatnya, para pelanggan yang loyal terhadap PLN yang dengan rutin membayar tiap bulan tanpa telat dapat protes terhadap pihak PLN. Hal ini dapat mengakibatkan penurunan kredibilitas dan keuntungan perusahaan.
Berdasarkan kondisi tersebut, maka dirancang sebuah sistem monitoring kualitas daya output pada sisi sekunder trafo distribusi. Data dari mikrokontroler yang terhubung dengan sensor, seperti sensor arus, sensor tegangan dan rangkaian zero crossing detector untuk mengukur power factor. Data dari mikrokontroler tersebut dikirimkan ke komputer server dengan memanfaatkan jaringan wifi.
Dari tugas akhir yang dibuat, alat tersebut mampu melakukan monitoring tegangan, arus, frekuensi, dan power factor, serta mampu mendeteksi gangguan sag/ swell dan undervolt/ overvolt. Tetapi, karena keterbatasan alat, tegangan sag yang dapat dideteksi mulai 22-198 Volt dan tegangan swell yang mampu dideteksi mulai 242-250 Volt. Selain itu, butuh waktu minimal 1 detik untuk mendeteksi gangguan sag/ swell.
ELECTRICAL POWER QUALITY MONITORING ON SECONDARY SIDE OF DISTRIBUTION TRANSFORMER USING
MICROCONTROLLER AND WIFI NETWORK
Name of Student I : Dika Mahendra A
Registration Number : 2213 038 005
Name of Student II : Ikhlasul Amal
Registration Number : 2213 038 023
Supervisor : Ir. Josaphat Pramudijanto, M. Eng.
ID : 1962 10 05 1990 1 003
ABSTRACT
Electrical energy distribution in distribution network on secondary side of transformer is need to keep the power quality in a good way. The method is to monitor the power output of secondary side of distribution transformer every time. But, only do monitoring by check the transformer from it place isn’t practical. If power quality goes down, electrical company need more time to handle it. And the result is, customers who loyal to electrical company by pay the bill every month without any late can do protest. This can lead to credibility degradation and company profit.
Based on that condition, planned a monitoring system for electrical power quality output on secondary side of distribution transformer. Data from microcontroller which connect to sensors, like current sensors, voltage sensor and zero crossing detector to measure power factor. Data from microcontroller is sent to server using wifi network.
The final project that have been made, it can monitor voltage, current, frequency, and power factor. And it also can detect voltage sag/ swell and undervolt/ overvolt. But, because of limitiations it only can detect voltage sag from 22–198 Volts and voltage swell from 242-250 Volts. And also, it need 1 second as a minimum time to detect voltage sag/ swell.
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan yang selalu memberikan penyertaan-Nya sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik.
Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan guna menyelesaikan pendidikan Diploma-3 pada Bidang Studi Teknik Listrik, Program Studi D3 Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya dengan judul:
MONITORING KUALITAS DAYA OUTPUT TRAFO
DISTRIBUSI BERBASIS MIKROKONTROLER VIA WIFI
Dalam Tugas Akhir ini dirancang sebuah prototype yang dapat memonitoring kualitas daya output trafo distribusi secara jarak jauh.
Penulis mengucapkan syukur dan terima kasih kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Terima kasih kepada kedua orang tua yang telah melimpahkan doa, kasih sayang dan perhatiannya kepada penulis. Terima kasih juga kepada Bapak Ir. Josaphat Pramudijanto, M.Eng. selaku dosen pembimbing atas berkat bimbingan dan arahannya sehingga penulis dapat menyelelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis juga mengucapkan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu baik secara langsung maupun tidak langsung dalam proses penyelesaian Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari dan memohon maaf atas segala kekurangan pada Tugas Akhir ini. Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat dalam pengembangan keilmuan di kemudian hari.
Surabaya, 2 Juni 2016
DAFTAR ISI
HALAMAN
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v
HALAMAN PENGESAHAN ... vi
ABSTRAK ... ix
ABSTRACT ... xi
KATA PENGANTAR ... xiii
DAFTAR ISI ... xv
DAFTAR GAMBAR ... xix
DAFTAR TABEL ... xxiii BAB I PENDAHULUAN ... Error! Bookmark not defined.
1.1 Latar Belakang ... Error! Bookmark not defined. 1.2 Permasalahan ... Error! Bookmark not defined. 1.3 Batasan Masalah... Error! Bookmark not defined. 1.4 Tujuan ... Error! Bookmark not defined. 1.5 Sistematika Laporan ... Error! Bookmark not defined. 1.6 Relevansi ... Error! Bookmark not defined. BAB II TEORI DASAR ... Error! Bookmark not defined. 2.1 Kualitas Daya Listrik ... Error! Bookmark not defined. 2.2 Permasalahan Kualitas Daya ListrikError! Bookmark not defined. 2.3 Tegangan dan Arus AC ... Error! Bookmark not defined. 2.4 Frekuensi ... Error! Bookmark not defined. 2.5 Daya dan Faktor Daya ... Error! Bookmark not defined. 2.6 OverVoltage ... Error! Bookmark not defined. 2.7 UnderVoltage ... Error! Bookmark not defined. 2.8 Sag and Swell ... Error! Bookmark not defined. 2.9 Mikrokontroler AVR ATMega 16Error! Bookmark not defined.
2.9.1 Arsitektur Mikrokontroler AVR ATMega 16Error! Bookmark not define 2.9.2 Deskripsi Pin ATMega 16 Error! Bookmark not defined.
BAB III PERANCANGAN ALAT ... Error! Bookmark not defined. 3.1 Perancangan Sistem Secara KeseluruhanError! Bookmark not defined. 3.2 Perancangan Hardware ... Error! Bookmark not defined.
3.2.1 Rangkaian Minimum System Mikrokontroler ATMega16 ... Error! Bookmark not defined. 3.2.2 Rangkaian Power Supply . Error! Bookmark not defined.
3.2.3 Rangkaian Pengkondisi Sinyal Sensor ArusError! Bookmark not defined. 3.2.4 Rangkaian Pengkondisi Sinyal Sensor TeganganError! Bookmark not define 3.2.5 Rangkaian Zero Crossing DetectorError! Bookmark not defined.
3.2.6 Rangkaian Tampilan LCD Error! Bookmark not defined.
3.2.7 Rangkaian RTC (Real Time Clock)Error! Bookmark not defined. 3.3 Perancangan Software ... Error! Bookmark not defined.
3.3.1 Pemrograman pada CodeVision AVRError! Bookmark not defined. 3.3.2 Pemrograman pada Tampilan HMI Delphi7Error! Bookmark not defined. 3.4 Perancangan Komunikasi... Error! Bookmark not defined.
3.4.1 Rangkaian Komunikasi Serial RS-232Error! Bookmark not defined. 3.4.2 Setting Wiznet Wiz 110SRError! Bookmark not defined.
3.4.3 Setting Wireless Router Movistar ASL 26555Error! Bookmark not defined. BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA DATAError! Bookmark not
defined.
4.1 Pengujian Rangkaian Sensor TeganganError! Bookmark not defined. 4.2 Pengujian Rangkaian Sensor ArusError! Bookmark not defined.
4.3 Pengujian Rangkaian Zero Crossing DetectorError! Bookmark not defined. 4.4 Pengujian Sensor Power Factor .. Error! Bookmark not defined.
4.5 Pengujian Sensor Frekuensi ... Error! Bookmark not defined. 4.6 Pengujian Wireless Router ... Error! Bookmark not defined. 4.7 Pengujian Software Delphi7 ... Error! Bookmark not defined. 4.8 Pengujian Alat Secara KeseluruhanError! Bookmark not defined.
4.8.1 Pengujian Dalam Kondisi NormalError! Bookmark not defined.
4.8.2 Pengujian Dalam Kondisi Tegangan Dibawah NormalError! Bookmark not 4.8.3 Pengujian Dalam Kondisi Tegangan Diatas NormalError! Bookmark not def 4.8.4 Pengujian Penyimpanan Data ke DatabaseError! Bookmark not defined. 4.9 Analisa Relevansi ... Error! Bookmark not defined.
BAB V PENUTUP ... 1
5.1 Kesimpulan ... 1
5.2 Saran ... 2
LAMPIRAN A ... A-1 Listing Program CodeVision pada Mikrokontroler 1...A-1 Listing Program CodeVision pada Mikrokontroler 2...A-8 Listing Program CodeVision pada Mikrokontroler 3...A-16 Listing Program CodeVision pada Mikrokontroler 4...A-24 Listing Program Delphi7 pada HMI (Human Machine Interface).A-35 LAMPIRAN B ... B-1 Datasheet Mikrokontroler ATMega 16 ... B-1 Datasheet IC Op-Amp LM 741 ... B-11 Datasheet Sensor Arus (CT) ... B-19 Datasheet IC RTC (RealTime Clock) DS1307 ... B-21 LAMPIRAN C ... C-1 Rangkaian Power Supply ... C-1 Sensor Tegangan ... C-1 Rangkaian Pengondisi Sensor Tegangan ... C-2 Sensor Arus ... C-2 Rangkaian Pengondisi Sensor Arus ... C-3 Rangkaian Zero Crossing Detector ... C-3 Pengujian pada Tegangan 3 Fasa ... C-4 Box Panel RTU ... C-4
DAFTAR GAMBAR
HALAMAN
Gambar 2.1 Segitiga Daya ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.2 Voltage Sag ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.3 Voltage Swell ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.4 Arsitektur AVR ATMega16Error! Bookmark not defined. Gambar 2.5 Konfigurasi pin ATMega 16Error! Bookmark not defined. Gambar 2.6 Rangkaian Pembagi TeganganError! Bookmark not defined. Gambar 2.7 Sensor Arus ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.8 Konektor DB-9 ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.9 Tampilan pada SofwareDelphi7Error! Bookmark not defined. Gambar 2.10 Wiznet WIZ110SR ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.11 Router Movistar ASL 26555Error! Bookmark not defined. Gambar 3.1 Skema Fungsional Alat ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 3.2 Skema Rangkaian Mikrokontroler 1Error! Bookmark not defined. Gambar 3.3 Skema Rangkaian Mikrokontroler 2Error! Bookmark not defined. Gambar 3.4 Skema Rangkaian Mikrokontroler 3Error! Bookmark not defined. Gambar 3.5 Skema Rangkaian Mikrokontroler 4Error! Bookmark not defined. Gambar 3.6 Rangkaian Power SupplyError! Bookmark not defined.
Gambar 3.7 Rangkaian Pengkondisi Sinyal Sensor ArusError! Bookmark not define Gambar 3.8 Rangkaian Pengkondisi Sinyal Sensor TeganganError! Bookmark not def Gambar 3.9 Rangkaian Zero Crossing DetectorError! Bookmark not defined.
Gambar 3.10 Sinyal Output Rangkaian Zero Crossing DetectorError! Bookmark not Gambar 3.11 Rangkaian Tampilan LCDError! Bookmark not defined.
Gambar 3.12 Rangkaian RTC (Real Time Clock)Error! Bookmark not defined. Gambar 3.13 Flowchart Mikrokontroler 1Error! Bookmark not defined. Gambar 3.14 Flowchart Mikrokontroler 2Error! Bookmark not defined. Gambar 3.15 Flowchart Mikrokontroler 3Error! Bookmark not defined. Gambar 3.16 Flowchart Mikrokontroler 4Error! Bookmark not defined. Gambar 3.17 Tampilan HMI ... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.18 Flowchart HMI ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 4.3 Diagram Pengujian Sensor ArusError! Bookmark not defined. Gambar 4.4 Linierisasi Sensor Arus .... Error! Bookmark not defined.
Gambar 4.5 Diagram Pengujian Rangkaian Zero Crossing DetectorError! Bookmark no Gambar 4.6 Sinyal Output Tegangan Pada Pengujian Zero Crossing
Detector Fasa R ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 4.7 Diagram Pengujian Sensor Power FactorError! Bookmark not defined. Gambar 4.8 Fluke 41B Power Harmonics AnalyzerError! Bookmark not defined. Gambar 4.9 Tampilan Pengujian Sensor Frekuensi Pada Fasa R
Menggunakan Osiloskop . Error! Bookmark not defined. Gambar 4.10 Tampilan Command PromptError! Bookmark not defined. Gambar 4.11 Tampilan SoftwareDelphi 7Error! Bookmark not defined. Gambar 4.12 Database pada Microsoft ExcelError! Bookmark not defined. Gambar 4.13 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Normal dengan
Beban Bervariasi ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.14 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Tegangan Fasa
R, S, T di Bawah Normal Kurang dari 60 DetikError! Bookmark not define Gambar 4.15 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Tegangan Fasa R
di Bawah Normal Kurang dari 60 DetikError! Bookmark not defined. Gambar 4.16 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Tegangan Fasa S
di Bawah Normal Kurang dari 60 DetikError! Bookmark not defined. Gambar 4.17 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Tegangan Fasa T
di Bawah Normal Kurang dari 60 DetikError! Bookmark not defined. Gambar 4.18 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Tegangan Fasa
R, S, dan T di Bawah Normal Lebih dari 60 DetikError! Bookmark not def Gambar 4.19 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Tegangan Fasa R
di Bawah Normal Lebih dari 60 DetikError! Bookmark not defined. Gambar 4.20 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Tegangan Fasa S
di Bawah Normal Lebih dari 60 DetikError! Bookmark not defined. Gambar 4.21 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Tegangan Fasa T
di Bawah Normal Lebih dari 60 DetikError! Bookmark not defined. Gambar 4.22 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Tegangan Fasa
R, S, T di Atas Normal Kurang dari 60 DetikError! Bookmark not defined. Gambar 4.23 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Tegangan Fasa R
di Atas Normal Kurang dari 60 DetikError! Bookmark not defined. Gambar 4.24 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Tegangan Fasa S
di Atas Normal Kurang dari 60 DetikError! Bookmark not defined. Gambar 4.25 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Tegangan Fasa T
Gambar 4.26 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Tegangan Fasa
R, S, dan T di Atas Normal Lebih dari 60 DetikError! Bookmark not def Gambar 4.27 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Tegangan Fasa R
di Atas Normal Lebih dari 60 DetikError! Bookmark not defined. Gambar 4.28 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Tegangan Fasa S
di Atas Normal Lebih dari 60 DetikError! Bookmark not defined. Gambar 4.29 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Tegangan Fasa T
di Atas Normal Lebih dari 60 DetikError! Bookmark not defined. Gambar 4.30 Tampilan ID dan Password pada HMIError! Bookmark not defined. Gambar 4.31 Menu Konfirmasi Untuk Penyimpanan Data ke
DAFTAR TABEL
HALAMAN
Tabel 2.1 Pin Konfiguarasi Konektor DB-9Error! Bookmark not defined. Tabel 2.2 Tombol Shortcut pada Software Delphi7Error! Bookmark not defined. Tabel 2.3 Spesifikasi Modul WIZ 110SRError! Bookmark not defined.
Tabel 2.4 Spesifikasi Router Movistar ASL 26555Error! Bookmark not defined. Tabel 4.1 Hasil Pengujian Sensor TeganganError! Bookmark not defined. Tabel 4.2 Persentase Error Sensor TeganganError! Bookmark not defined. Tabel 4.3 Hasil Pengujian Sensor ArusError! Bookmark not defined. Tabel 4.4 Persentase Error Sensor ArusError! Bookmark not defined.
Tabel 4.5 Hasil Pengujian Rangkaian Zero Crossing DetectorError! Bookmark no Tabel 4.6 Pengukuran Power Factor Menggunakan Alat UkurError! Bookmark no Tabel 4.7 Pengukuran Power Factor Pada AlatError! Bookmark not defined. Tabel 4.8 Data Pengujian Frekuensi Error! Bookmark not defined.
41.
BAB I
PENDAHULUAN
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perkembangan sistem kelistrikan saat ini telah mengarah pada peningkatan efisiensi dan mutu tegangan dalam penyaluran energi listrik. Peningkatan efisiensi dan mutu tersebut dapat dimulai dari pembangkitan, transmisi dan distribusi. Pada sisi distribusi, peningkatan efisiensi dapat dilakukan dengan cara mengurangi terjadinya jatuh tegangan pada saluran dan memberikan tingkat tegangan yang aman bagi peralatan serta menjaga power factor sesuai dengan standar yang telah ditentukan. Hal ini sangat penting dan harus dijaga agar kualitas daya tetap terjaga mengingat sebagian besar konsumen bersikap loyal terhadap PLN dengan membayar tepat waktu dan menggunakan daya besar.
Untuk menjaga kualitas daya pada pelanggan, pihak PLN dapat memonitoring kualitas daya pada trafo distribusi karena trafo distribusi langsung terhubung dengan pelanggan. Pengukuran dengan datang ke lapangan tidak terjadi sepanjang waktu. Petugas harus harus datang ke lokasi trafo distribusi, melakukan pengukuran, lalu kembali lagi ke kantor untuk melaporkan hasil, hal ini tidaklah efektif karena kualitas daya pada lapangan dapat berubah sewaktu – waktu sesuai dengan kondisi beban. Jika dibiarkan secara terus menerus penanganan ketika terjadi penurunan kualitas daya pada salah satu trafo distribusi akan lambat.
membayar denda ditambah lagi dengan mengganti peralatan yang rusak akibat kualitas daya yang buruk. Selain itu belum juga dikembangkan peralatan yang dapat mendeteksi gejala perubahan tegangan berdurasi panjang yaitu overvoltage atau undervoltage dalam satu sistem. Maka sebab itu pada tugas akhir ini dilakukan perancangan monitoring kualitas daya output trafo distribusi dengan memperhatikan nilai tegangan, arus, power factor, frekuensi, gangguan voltage sag/swell, dan gangguan undervoltage/overvoltage.
1.2 Permasalahan
Pada Tugas Akhir ini yang menjadi permasalahan utama adalah 1. Kualitas daya output trafo distribusi yang buruk dapat
menyebabkan kerusakan peralatan listrik.
2. Selama ini belum diketahui bagaimana kualitas daya pada sisi output trafo distribusi.
3. Selama ini belum adannya peralatan monitoring real time untuk mengetahui kualitas daya pada sisi output trafo distribusi. 4. Selama ini belum adanya pencatatan gangguan yang terjadi
akibat penurunan kualitas daya listrik yang terjadi pada trafo distribusi.
5. Penanganan apabila terjadi penurunan kualitas daya terkesan lambat.
1.3 Batasan Masalah
Dari perumusan masalah di atas, maka batasan masalah dari Tugas Akhir ini adalah:
1. Parameter yang diukur adalah arus, tegangan, power factor, dan frekuensi.
2. Gangguan kualitas daya yang dideteksi adalah sag, swell, overvoltage dan undervoltage.
3. Untuk mendeteksi gangguan sag, swell, overvoltage dan undervoltage dibutuhkan waktu minimal 1 detik dari waktu awal ketika terjadi gangguan.
4. Beban minimal yang dapat dideteksi oleh sensor arus adalah 100 Watt.
1.4 Tujuan
1. Untuk memonitor besar arus, tegangan, power factor, frekuensi dan daya aktif pada sisi output trafo distribusi dan mendeteksi kondisi sag/swell dan overvoltage/undervoltage.
2. Untuk membantu petugas dispatcher dalam mencatat tiap gangguan dan segera menangani masalah yang terjadi.
1.5 Sistematika Laporan
Pembahasan Tugas Akhir ini akan dibagi menjadi lima Bab dengan sistematika sebagai berikut:
Bab I Pendahuluan
Bab ini membahas tentang latar belakang, permasalahan, batasan masalah, maksud dan tujuan, sistematika laporan, serta relevansi.
Bab II Teori Dasar
Bab ini menjelaskan tentang tinjauan pustaka dari kualitas daya, sag/swell, overvoltage/undervoltage, power factor dan frekuensi.
Bab III Perancangan Alat
Bab ini membahas perancangan dan pembuatan
hardware meliputi rengkaian-rangkaian, desain
bangun, software meliputi pemrograman dan HMI serta media komunikasi meliputi setting wiznet dan router.
Bab IV Pengujian Dan Analisa Data
Bab ini membahas tentang pengukuran, pengujian, dan analisa terhadap prinsip kerja dan proses dari alat yang telah dibuat.
Bab V Penutup
Bab ini berisi tentang kesimpulan dari Tugas Akhir ini dan saran – saran untuk pengembangan alat lebih lanjut.
1.6 Relevansi
42.
BAB II
TEORI DASAR
Bab ini membahas mengenai teori-teori yang berkaitan dengan topik tugas akhir. Teori penunjang yang berkaitan dengan tugas akhir ini adalah kualitas daya listrik, permasalahan kualitas daya listrik, beda potensial, arus listrik, gangguan sag/swell dan overvoltage/undervoltage serta hardware seperti mikrokontroler AVR ATmega 16, sensor tegangan, sensor arus, zero crossing detector, komunikasi serial RS – 232 dan Aplikasi Delphi.
2.1 Kualitas Daya Listrik
Perhatian terhadap kualitas daya listrik dewasa ini semakin meningkat seiring dengan peningkatan penggunaan energi listrik dan utilitas kelistrikan. Istilah kualitas daya listrik telah menjadi isu penting pada industri tenaga listrik sejak akhir 1980-an. Istilah kualitas daya listrik merupakan suatu konsep yang memberikan gambaran tentang baik atau buruknya mutu daya listrik akibat adanya beberapa jenis gangguan yang terjadi pada sistem kelistrikan [2] Terdapat empat alasan utama, mengapa para ahli dan praktisi di bidang tenaga listrik memberikan perhatian lebih pada isu kualitas daya listrik [2], yaitu Pertumbuhan beban-beban listrik dewasa ini bersifat lebih peka terhadap kualitas daya listrik seperti sistem kendali dengan berbasis pada mikroprosesor dan perangkat elektronika daya, meningkatnya perhatian yang ditekankan pada efisiensi sistem daya listrik secara menyeluruh, sehingga menyebabkan terjadinya peningkatan penggunaan peralatan yang mempunyai efisiensi tinggi, seperti pengaturan kecepatan motor listrik dan penggunaan kapasitor untuk perbaikan faktor daya. Para pengguna utilitas kelistrikan menjadi lebih pandai dan bijaksana mengenai persoalan seperti sag, swell dan power factor dan merasa berkepentingan untuk meningkatkan kualitas distribusi daya listriknya, dan sistem tenaga listrik yang saling berhubungan dalam suatu jaringan interkoneksi, di mana sistem tersebut memberikan suatu konsekuensi bahwa kegagalan dari setiap komponen dapat mengakibatkan kegagalan pada komponen lainnya.
utilitas kelistrikan dapat mengartikan kualitas daya listrik sebagai keandalan, di mana dengan menggunakan angka statistik 99,98 persen, sistem tenaga listriknya mempunyai kualitas yang dapat diandalkan. Suatu industri manufaktur dapat mengartikan kualitas daya listrik adalah karakteristik dari suatu catu daya listrik yang memungkinkan peralatan-peralatan yang dimiliki industri tersebut dapat bekerja dengan baik. Karakteristik yang dimaksud tersebut dapat menjadi sangat berbeda untuk berbagai kriteria.
Kualitas daya listrik adalah setiap masalah daya listrik yang berbentuk penyimpangan tegangan, arus atau frekuensi yang mengakibatkan kegagalan ataupun kesalahan operasi pada peralatan-peralatan yang terjadi pada konsumen energi listrik [2]. Daya adalah suatu nilai dari energi listrik yang dikirimkan dan didistribusikan, di mana besarnya daya listrik tersebut sebanding dengan perkalian besarnya tegangan dan arus listriknya. Sistem suplai daya listrik dapat dikendalikan oleh kualitas dari tegangan, dan tidak dapat dikendalikan oleh arus listrik karena arus listrik berada pada sisi beban yang bersifat individual, sehingga pada dasarnya kualitas daya adalah kualitas dari tegangan itu sendiri [2].
2.2 Permasalahan Kualitas Daya Listrik [2]
Permasalahan kualitas daya listrik disebabkan oleh gejala-gejala atau fenomena-fenomena elektromagnetik yang terjadi pada sistem tenaga listrik. Gejala elektromagnetik yang menyebabkan permasalahan kualitas daya adalah :
a. Gejala Peralihan (Transient), yaitu suatu gejala perubahan variabel (tegangan, arus dan lain-lain) yang terjadi selama masa transisi dari keadaan operasi tunak (steady state) menjadi keadaan yang lain.
b. Gejala Perubahan Tegangan Durasi Pendek (Short-Duration Variations), yaitu suatu gejala perubahan nilai tegangan dalam waktu yang singkat yaitu kurang dari 1 (satu) menit.
c. Gejala Perubahan Tegangan Durasi Panjang (Long-Duration Variations), yaitu suatu gejala perubahan nilai tegangan, dalam waktu yang lama yaitu lebih dari 1 (satu) menit.
e. Distorsi Gelombang, adalah gejala penyimpangan dari suatu gelombang (tegangan dan arus) dari bentuk idealnya berupa gelombang sinusoidal
f. Fluktuasi Tegangan, adalah gejala perubahan besarnya tegangan secara sistematik.
g. Gejala Perubahan Frekuensi Daya yaitu gejala penyimpangan frekuensi daya listrik pada suatu sistem tenaga listrik.
2.3 Tegangan dan Arus AC [2]
Gelombang sinus adalah jenis umum dari tegangan dan arus AC
(Alternating Current). Satu siklus gelombang sinus membutuhkan
pergantian dari 1 sisi positif ke 1 sisi negatif ataupun sebaliknya. Nilai puncak sebuah gelombang sinus dapat diartikan sebagai nilai tegangan atau arus pada sisi positif ataupun negatif maksimum terhadap titik 0. Nilai puncak tegangan dilambangkan dengan Vp, sedangkan untuk nilai puncak arus dilambangkan dengan Ip.
Gelombang sinus arus dan tegangan juga memiliki nilai peak to peak. Nilai peak to peak adalah nilai tegangan atau arus dari puncak positif ke puncak negatif. Nilai peak to peak sebuah tegangan atau arus adalah 2 kali nilai puncak tegangan atau arus, seperti pada rumusan
Selain nilai peak to peak, gelombang sinus tegangan dan arus juga memiliki nilai rms (root mean square) atau dikenal sebagai nilai efektif sebuah arus atau tegangan. Cara mencari nilai efektif arus dan tegangan AC adalah sebagai berikut:
Vrms = 0,707Vp (2.3)
Irms = 0,707Ip (2.4)
Di mana :
2.4 Frekuensi [3]
Tegangan dan arus listrik yang digunakan pada sistem kelistrikan merupakan listrik bolak-balik yang berbentuk sinusoidal. Tegangan dan arus listrik sinusoidal merupakan gelombang yang berulang, sehingga gelombang sinusoidal mempunyai frekuensi. Frekuensi adalah ukuran jumlah putaran ulang per peristiwa dalam selang waktu yang diberikan. Satuan frekuensi dinyatakan dalam hertz (Hz) yaitu nama pakar fisika Jerman Heinrich Rudolf Hertz yang menemukan fenomena ini pertama kali. Frekuensi sebesar 1 Hz menyatakan peristiwa yang terjadi satu kali per detik, di mana frekuensi sebagai hasil kebalikan dari periode, seperti rumus di bawah ini :
(2.5) Di mana:
f = frekuensi (Hz) T = periode (s)
Di setiap negara mempunyai frekuensi tegangan listrik yang berbeda-beda. Frekuensi tegangan listrik yang berlaku di Indonesia adalah 50 Hz, sedangkan di Amerika berlaku frekuensi 60 Hz.
2.5 Daya dan Faktor Daya [3]
Daya adalah suatu ukuran terhadap penggunaan energi dalam suatu waktu tertentu, di mana :
P = I2R (2.7) Reaktan) adalah daya listrik yang dihasilkan oleh beban-beban yang bersifat reaktansi. Terdapat dua jenis beban reaktansi, yaitu reaktansi induktif dan reaktansi kapasitif. Beban – beban yang bersifat induktif akan menyerap daya reaktif untuk menghasilkan medan magnet. Contoh beban listrik yang bersifat induktif antara lain transformator, motor induksi satu fasa maupun tiga fasa yang biasa digunakan untuk menggerakkan kipas angin, pompa air, lift, eskalator, kompresor, konveyor dan lain-lain. Beban – beban yang bersifat kapasitif akan menyerap daya reaktif untuk menghasilkan medan listrik. Contoh beban yang bersifat kapasitif adalah kapasitor. Besarnya daya reaktif sebanding dengan kuadrat arus listrik yang mengalir pada beban reaktansi di mana:
Q = I2X (2.8)
X = XL - XC (2.9)
Di mana : Q = daya (VAR)
X = reaktansi total (Ohm) XL = reaktansi induktif (Ohm) XC = reaktansi kapasitif (Ohm)
Daya kompleks atau lebih sering dikenal sebagai daya semu adalah penjumlahan secara vektor antara daya aktif dan daya reaktif, di mana :
S = P + jQ (2.10)
Hubungan ketiga buah daya listrik yaitu daya aktif, daya reaktif serta daya kompleks, dinyatakan dengan sebuah segitiga pada Gambar 2.1, yang disebut segitiga daya.
Gambar 2.1 Segitiga Daya
Dari gambar segitiga daya tersebut, hubungan antara ketiga daya listrik dapat dinyatakan sebagai berikut :
S (2.12) tertinggal dari tegangannya. Dan untuk beban yang bersifat kapasitif, power factor bersifat leading di mana arusnya mendahului tegangannya.
2.6 OverVoltage [3]
2.7 UnderVoltage [3]
Undervoltage adalah suatu gejala penurunan tegangan rms
bolak-balik sebesar kurang dari 90 persen dari nilai tegangan nominal pada frekuensi daya untuk durasi lebih dari 1 menit. Undervoltages adalah hasil dari suatu peristiwa kembalinya keadaan overvoltage menuju keadaan normalnya. Sebuah operasi pensaklaran beban atau atau memutuskan bank kapasitor dapat menyebabkan undervoltage, sampai keadaan di mana peralatan pengaturan tegangan pada sistem tegangan tersebut dapat membawa kembali pada toleransi nilai tegangan yang standar. Keadaan overload atau beban lebih pada rangkaian dapat mengakibatkan penurunan tegangan atau undervoltages.
2.8 Sag and Swell [3]
Voltage sags pada Gambar 2.2 adalah penurunan sementara
secara tiba-tiba tegangan rms di sistem penyaluran tenaga listrik dari tegangan efektif (rms) atau arus pada frekuensi dayanya dalam durasi pendek yaitu selama 0,5 siklus sampai 1 menit. Penyebab terjadinya
voltage sags antara lain karena gangguan pada saluran transmisi atau
distribusi yang menyebabkan adanya short circuit seperti adanya hewan atau pohon yang menempel di kabel transmisi, adanya kecelakaan yang menabrak tiang listrik, atau adanya petir yang menyambar penghantar. Voltage sags dapat juga disebabkan karena masuknya peralatan yang membutuhkan arus awal besar ke jaringan, kecelakaan saat perbaikan dalam keadaan bertegangan, lightning (petir) dan pohon tumbang yang menyebabkan gangguan ke tanah, perubahan beban yang berlebihan / diluar batas dari kemampuan sistem daya (misal: Penambahan Pemanas Listrik).
Gambar 2.3 Voltage Swell
Kondisi Voltage swell pada Gambar 2.3 adalah peningkatan sementara tegangan secara tiba-tiba dari tegangan kerjanya di sistem penyaluran tenaga listrik dari tegangan efektif (rms) atau arus pada frekuensi dayanya, dalam durasi pendek yaitu selama 0,5 siklus sampai 1 menit. Penyebab voltage swells adalah biasanya adanya gangguan
line ke grounding pada power system atau adanya beban besar yang
tiba-tiba terputus.
2.9 Mikrokontroler AVR ATMega 16 [4]
fungsinya. Mikrokontroler yang digunakan dalam Tugas Akhir ini adalah ATMega 16.
2.9.1Arsitektur Mikrokontroler AVR ATMega 16
Mikrokontroler yang digunakan dalam Tugas Akhir ini adalah ATMega 16. AVR ATMega 16 merupakan seri Mikrokontroler CMOS 8-bit dengan 16 Kbyte programable flash yang berbasis pada arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computers) dapat dilihat pada Gambar 2.4. Kebanyakan instruksi dikerjakan pada satu siklus clock, ATMega 16 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz.
Gambar 2.4 Arsitektur AVR ATMega16
2.9.2Deskripsi Pin ATMega 16
a. VCC (Digital power supply) merupakan pin masukan positif catu daya.
b. GND (ground) sebagai pin Ground c. Port A (PA7..PA0)
Port A berfungsi sebagai input analog pada A/D Konverter. Port A juga berfungsi sebagai suatu Port I/O 8-bit dua arah, jika A/D Konverter tidak digunakan. Pin-pin Port dapat menyediakan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk masing-masing bit).
d. Port B (PB7..PB0)
Port B adalah suatu Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk beberapa bit).
e. Port C (PC7..PC0)
Port C adalah suatu Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk beberapa bit).
f. Port D (PD7..PD0)
Port D adalah suatu Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk beberapa bit). Pada port D juga terdapat fasilitas komunikasi serial dan PWM yang disediakan oleh mikrokontroler ATMega 16.
g. RESET (Reset input) merupaka pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontoler.
h. XTAL1 (Input Oscillator) dan XTAL2 (Output Oscillator) sebagai pin masukan clock eksternal.
i. AVCC adalah pin penyedia tegangan untuk port A dan A/D konverter (ADC)
j. AREF adalah pin masukan tegangan referensi analog untuk A/D konverter (ADC) pada port A.
Gambar 2.5 Konfigurasi pin ATMega 16
2.10 Sensor Tegangan [4]
Sinyal tegangan yang akan diukur dengan menurunkan tegangan dengan menggunakan transformator step down dan rangkaian pembagi tegangan dimana resistor disusun secara seri. Prinsip dari rangkaian pembagi tegangan sesuai dengan hukum kirchoff tegangan yang menyatakan bahwa “Tegangan dalam rangkaian tertutup sama dengan jumlah semua tegangan di seluruh rangkaian”. Dari Gambar 2.6, R1 dan R2 dipasang secara seri, dimana tegangan keluaran (Vout) adalah tegangan R2.
Gambar 2.6 Rangkaian Pembagi Tegangan
VS
R1
R2
Berdasarkan Gambar 2.6 dapat diperoleh persamaan sebagai berikut:
(2.18) Dimana R2 dan R1 merupakan kombinasi resistor yang membagi tegangan sumber (VS) dan Vout merupakan tegangan keluaran pada R2.
2.11 Sensor Arus [5]
Suatu rangkaian elektronik terdapat tegangan, arus dan hambatan yang saling berhubungan. Arus merupakan banyaknya muatan listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian pada suatu waktu. Besarnya arus dapat diukur menggunakan Amperemeter. Sensor arus digunakan untuk mendeteksi arus yang mengalir pada suatu rangkaian. Sensor arus yang sering digunakan seperti yang terlihat pada Gambar 2.7 berikut.
Gambar 2.7 Sensor Arus
2.12 Zero Crossing Detector [6]
Zero Crossing Detector adalah suatu rangkaian pendekteksi sinyal
“0” dalam siklus frekuensi gelombang sinusoidal. Dalam hal ini rangkaian bekerja melalui input sensor tegangan dari jala-jala listrik, untuk standart PLN (Indonesia distribution power) menggunakan frekuensi 50 Hz dengan input tegangan 220 Volt untuk jaringan tegangan rendah. Cara kerja rangakaian zero crossing detector ini adalah mensample sinyal sinusoidal dari sensor tegangan dan arus untuk marking pada setiap titik nol sinyal tersebut.
2.13 Komunikasi Serial RS-232 [4]
RS-232 merupakan standard interface untuk komunikasi asinkron yang menghubungkan Data Terminal Equipment (DTE) dengan Data
antara DTE dengan DTE. Data Terminal Equipment (DTE) merupakan perangkat yang dilengkapi Universal Asynchronous Receiver and
Transmitter (UART) atau Universal Serial Asynchronous Receiver and
Transmitter (USART) yang dapat mengubah data paralel ke data serial
atau sebaliknya. Perangkat DTE ini pada komputer PC disebut
Asynchronous Communication Card (COM). 8 Data Communication
Equipment (DCE) adalah perangkat yang dapat mengubah data serial ke
besaran analog yang dapat di transmisikan pada saluran transmisi seperti; telepon, listrik atau pemancar radio. Untuk komunikasi antar komputer dapat menggunakan RS-232 dengan perantara kabel. Penggunaan RS-232 ini, jaraknya tidak lebih dari 50 kaki pada kecepatan 20K baud. Bila jarak yang dipergunakan lebih dari 50 kaki pada kecepatan 20K baud, sinyal yang ditransmisikan akan mengalami degradasi oleh noise dan atenuasi. Jarak komunikasi dapat diperpanjang beberapa ratus kaki, tetapi kecepatan data harus diturunkan. Pada komunikasi data serial sinkron, clock dikirim bersama-sama dengan data
serial. Sedangkan komunikasi data serial asinkron, clock tidak
dikirimkan bersama-sama data serial, tetapi dibangkitkan sendiri-sendiri.
Port serial RS 232 umumnya menggunakan DB-9. Konfigurasi pin
dan nama konektor DB-9 dapat dilihat pada Gambar 2.8 dan penjelasan fungsi masing-masing pin dapat dilihat pada Tabel 2.1 berikut.
Gambar 2.8 Konektor DB-9
Tabel 2.1 Pin Konfiguarasi Konektor DB-9
Pin Nama Fungsi
1 CD (Carrier Detect) Saat modem mendeteksi suatu ‘dari modem lain maka sinyal akan carrier’
diaktifkan
2 RXD (Receive Data) Untuk penerimaan data serial
Pin Nama Fungsi
4 DTR (Data Terminal Ready) Untuk memberitahukan bahwa UAT siap melakukan hubungan komunikasi
5 GND (System Ground) Ground
6 DSR (Data Set Ready) Memberitahukan UART bahwa modem siap melakukan pertukaran data
7 RTS (Request to Send) bahwa UART siap melakukan pertukaran Sinyal untuk menginformasikan modem
data
8 CTS (Clear to Send) Memberitahukan bahwa modem siap untuk melakukan pertukaran data
9 RI (Ring Indicator) Akan aktif jika modem mendekteksi adannya sinyal
2.14 Delphi 7 [7]
Delphi merupakan Pemrograman Terintegrasi (Integrate
Development Environment / IDE). Delphi bukan bahasa pemrograman,
tetapi perangkat lunak yang menyediakan seperangkat alat (tools) untuk membantu pemrogram dalam menulis program komputer. Delphi menggunakan Object Pascal sebagai bahasa pemrogramannya. Object
Pascal merupakan bahasa Pascal yang diberi tambahan kemampuan
untuk menerapkan konsep-konsep OOP (Object Oriented
Programming). Seluruh sintak Object Pascal menggunakan aturan yang
ada di dalam Pascal, termasuk perintah-perintah dasar seperti control structures, variabels, array, dan sebagainya.
Peralatan yang disediakan oleh Delphi memberikan kemudahan bagi pemrogram untuk membuat program secara visual (visual
programming). Visual programming adalah metoda dimana sebagian
atau keseluruhan program dibuat dengan cara menggambarkan tampilan / hasil akhir dan kemudian meminta beberapa perangkat untuk membuat kode-kode program berdasarkan gambaran hasil akhir tersebut. Karena program yang dibuat di dalam Delphi berjalan di dalam sistem operasi
Windows maka kegiatan program dilakukan berdasarkan metoda
event-driven programs. Event-driven programming adalah metoda
yang diberikan oleh pemakai ataupun oleh sistem operasi atau program lainnya. Sebagai contoh : apabila pemakai menekan tombol kiri mouse dan kemudian melepaskannya dengan cepat (kita mengenal itu sebagai klik) maka tindakan tersebut akan membuat aplikasi menerima pesan
mouse down yang disertai dengan informasi tombol mana yang ditekan
dan lokasi kursor saat klik dilakukan, tetapi apabila pemakai menekan tombol kiri mouse dan kemudian menggeser mouse tanpa melepaskan tombol kiri maka aplikasi akan menerima pesan mouse move.
Beberapa peralatan yang disediakan oleh Delphi dan cukup diketahui antara lain:
g. Compiler dan Linker
h. Debugger
i. Dan sebagainya
Code Editor merupakan peralatan yang digunakan untuk
menuliskan kode-kode program. Code Editor menyediakan sejumlah fasilitas penyuntingan (editing) seperti : copy, cut, paste, find, replace, dan sebagainya. Code Editor mengetahui apakah yang ditulis merupakan perintah Object Pascal atau bukan dan menampilkan tulisan sesuai dengan tipe / kelompok tulisan tersebut.
Gambar 2.9 Tampilan pada SofwareDelphi7
Form merupakan area dimana pemrogram meletakkan komponen
komponen input dan output. Delphi akan secara otomatis membuat kode-kode program untuk membuat dan mengatur komponen-komponen tersebut. Umumnya pada setiap aplikasi ada paling tidak satu buah form
dan form tersebut dijadikan sebagai form utama (Main Form).
Setiap form selalu disimpan dalam 2 buah file, yaitu : 1) file dengan akhiran .dfm ; 2) file dengan akhiran .pas. File berakhiran .dfm menyimpan informasi mengenai komponen-komponen yang ada di dalam form sedangkan file berakhiran .pas menyimpan informasi mengenai kode-kode program yang berhubungan dengan form tersebut. Tetapi, tidak setiap file .pas selalu mempunyai pasangan .dfm.
Component Pallete adalah peralatan yang menyediakan daftar
komponen yang dapat digunakan oleh pemrogram. Komponen di dalam
Delphi dibedakan menjadi dua macam, yaitu :
1. Komponen Visual 2. Komponen Non Visual
non-visual adalah komponen yang tidak memberikan tampilan tertentu saat dimasukkan ke dalam form. Komponen non-visual yang dimasukkan ke dalam form hanya ditampilkan sebagai sebuah kotak berisi simbol tertentu.
Object Inspector adalah peralatan yang digunakan untuk mengatur
properti dari komponen yang ada di form termasuk properti form. Object Inspector memberi dua macam peralatan, yaitu :
1. Properties
2. Events
Peralatan Properties adalah peralatan yang digunakan untuk mengubah atau mengatur nilai-nilai dari properti komponen sedangkan Peralatan Events digunakan untuk membuat event-handler. Event
handler adalah prosedur yang digunakan khusus untuk menanggapi satu
event / message tertentu.
Watch List merupakan peralatan yang digunakan untuk memeriksa
isi satu variabel atau properti tertentu saat program sedang dieksekusi. Watch List biasanya digunakan bersamaan dengan Break Points dan Step-by-Step execution. Kita akan mempelajari ini pada akhir pelatihan untuk melihat bagaimana mencari kesalahan di dalam program dengan cepat.
Untuk berpindah dari satu peralatan ke peralatan lain anda dapat melakukannya dengan mengklik jendela dari peralatan tersebut, tetapi ada cara yang lebih cepat untuk berpindah dari satu peralatan ke peralatan lain. Tabel 2.2 menunjukkan tombol keyboard yang dapat digunakan untuk keperluan tersebut.
Tabel 2.2 Tombol Shortcut pada Software Delphi7
No Tombol Keyboard Keterangan
1 F12 Pindah dari Form sebaliknya ke Code Editor dan
2 F11 Pindah ke Object Inspector
3 F10 Pindah ke menu utama
2.15 Wiznet WIZ110SR [4]
Modul Wiznet WIZ110 SR digunakan untuk menghubungkan rangkaian mikrokontroler AVR ATmega 16 ke wireless router. Fungsi dari wiznet ini adalah mengubah dan mentransmisikan data serial menjadi data ethernet. Modul wiznetWIZ110 SR terlihat pada Gambar 2.10 berikut.
Gambar 2.10 Wiznet WIZ110SR
Spesifikasi modul wiznet WIZ110SR dapat dilihat pada Tabel 2.3. Tabel 2.3 Spesifikasi Modul WIZ 110SR
Items Description
MCU 805116K SRAM, 2K EEPROM) (having internal 62K Flash,
TCP/IP W5100 (Ethernet PHY Embedded)
Network Interface 10/100 Mbps Connector auto-sensing RJ-45
Seial Interface RS232
Serial Signal TXD, RXD, RTS, CTS, GUD
Serial Parameters
Parity : None, Even, Odd
Data Bits : 7,8
Flow Control : None, RTS/CTS,
XON/XOFF
Items Description
Input Voltage DC 5V
Power Consumption Under 180mA
Temperature 00C ~ 80085C (0C (OperationSrorage), -40) 0C ~
Humidity 10 ~ 90%
2.16 Router Movistar ASL 26555 [8]
Router berfungsi sebagai penghubung antara dua atau lebih
jaringan untuk meneruskan data dari satu jaringan ke jaringan lainnya. Router berbeda dengan switch. Switch merupakan penghubung beberapa alat untuk membentuk suatu Local Area Network (LAN). Router sangat banyak digunakan dalam jaringan berbasis teknologi protokol TCP/IP, dan router jenis itu disebut juga dengan IP router. Router Movistar ASL 26555 yang terlihat pada Gambar 2.11 adalah router 3G buatan Spanyol dengan spesifikasi hardware tertera pada Tabel 2.4.
Tabel 2.4 Spesifikasi Router Movistar ASL 26555
Hardware Spesifikasi
Wireless Railink RT3052 (integrated) 2.4GHz 802.11b/g/n
Ethernet Railink RT3052 (integrated) w/ vlan support
ADSL TrendChip SoC connected internally through lan/serial port Internet ADSL2+
USB Yes 1 x 2.0
BAB III
PERANCANGAN ALAT
Pada bab 3 akan dibahas mengenai perancangan sistem secara keseluruhan, hardware dan software dari alat yang dibuat. Perancangan hardware meliputi rangkaian mikrokontroler ATMega 16, rangkaian power supply, pengondisi sensor arus, sensor tegangan, zero crossing detector, rangkaian LCD (Liquid Crystal Display) dan rangkaian RTC
(Real Time Clock). Perancangan software meliputi pemrograman chip
AtMega 16, perancangan tampilan HMI pada software delphi. Dan perancangan komunikasi yang terdiri dari perancangan rangkaian komunikasi serial RS-232, settingwiznet dan setting router.
1.1 Perancangan Sistem Secara Keseluruhan
Perancangan alat monitoring kualitas daya output trafo distribusi mengacu pada [1] perancangan monitoring tegangan dip dan swell pada saluran tegangan rendah menggunakan mikrokontroler. Pada perancangan tersebut membahas monitoring kualitas daya tetapi hanya pada masalah dip/sag dan swell saja, sedangkan pada perancangan monitoring kali ini dirancang alat yang dapat memonitoring kualitas daya yang lebih lengkap dari sebelumnya dengan menambahkan monitoring pada power factor dan frekuensi. Adapun skema perancangan monitoringnya tertera pada Gambar 3.1 berikut.
Pada Gambar 3.1 dapat dilihat bahwa pada sisi sekunder trafo dipasang sensor arus dan tegangan untuk mengonversi arus dan tegangan pada sistem agar dapat diproses oleh mikrokontroler untuk dijadikan data. Hasil sensing dari sensor arus dan tegangan juga disalurkan ke rangkaian zero crossing detector untuk mengondisikan sinyal arus dan tegangan menjadi sinyal kotak yang akan diproses oleh mikrokontroler juga. Hasil pemrosesan pada mikrokontroler adalah data yang dikirim ke komputer server melalui wiznet dan router. Komputer akan menampilkan besaran-besaran pada sistem sesuai nilai real-nya yang ada di sisi sekunder trafo.
1.2 Perancangan Hardware
Pada perancangan hardware ini akan dibahas mengenai rangkaian-rangkaian penyusun alat monitoring kualitas daya output trafo distribusi beserta sistem kerjanya.
1.2.1Rangkaian Minimum System Mikrokontroler ATMega 16
Minimum system mikrokontroler ATMega 16 yang ada pada perancangan alat ini terdapat empat buah. Tiga buah mikrokontroler untuk melakukan sensing power factor dan frekuensi dan satu buah mikrokontroler untuk melakukan sensing dari sensor arus dan tegangan serta melakukan pengiriman ke wiznet dan router. Dibutuhkan masing-masing satu mikrokontroler untuk tiap fasa pada jaringan dikarenakan masing-masing fasa membutuhkan tiga buah interrupt untuk melakukan
sensing power factor dan frekuensi, sedangkan pada sebuah
mikrokontroler ATMega 16 hanya terdapat tiga buah interrupt didalamnya. Semua mikrokontroler tersebut saling terhubung satu sama lain untuk proses pengiriman data. Skema rangkaian pada mikrokontroler 1 dapat dilihat pada Gambar 3.2.
Pada mikrokontroler 1 digunakan melakukan proses sensing nilai
power factor dan frekuensi pada fasa R dan melakukan pengiriman data
Gambar 3.2 Skema Rangkaian Mikrokontroler 1
Mikrokontroler 2 melakukan proses sensing nilai power factor dan frekuensi pada fasa S dan juga menerima data dari mikrokontroler 1 serta melakukan pengiriman data hasil pemrosesan dan juga data dari mikrokontroler 1 ke mikrokontroler 3.
Gambar 3.3 Skema Rangkaian Mikrokontroler 2
Gambar 3.4 Skema Rangkaian Mikrokontroler 3
Gambar 3.5 Skema Rangkaian Mikrokontroler 4
Pada mikrokontroler 4 selain menerima data dari mikrokontroler 3, mikrokontroler ini juga melakukan proses sensing sinyal dari sensor arus dan tegangan. Pada mikrokontroler ini juga dilakukan proses pengiriman semua data kepada wiznet, mengambil data waktu dari RTC (Real Time Clock) dan menampilkan sebagian data yang telah diproses ke LCD melalui port C.
1.2.2Rangkaian Power Supply
Power supply digunakan untuk memberi catu daya pada
tegangan sebesar -5 Volt. Rangkaian power supply ini dapat dilihat pada Gambar 3.6 berikut.
Gambar 3.6 Rangkaian Power Supply
Dibutuhkan juga supply sebesar -5 Volt untuk menyuplai rangkaian zero crossing detector.
1.2.3Rangkaian Pengkondisi Sinyal Sensor Arus
Gambar 3.7 Rangkaian Pengkondisi Sinyal Sensor Arus
Masing-masing fasa di sensing oleh CT tersebut yang selanjutnya diubah menjadi besaran tegangan pada rangkaian sensor arus dengan menggunakan resistor. Sesuai dengan persamaan berikut.
V = I R (3.1)
Di mana :
V = Tegangan (V) I = Arus (A) R = Resistansi (Ω)
Maka hasil perkalian dari arus dan resistansi pada resistor dapat dihasilkan tegangan yang selanjutnya tegangan tersebut diubah menjadi besaran arus searah dan diproses oleh mikrokontroler 4.
1.2.4Rangkaian Pengkondisi Sinyal Sensor Tegangan
menjadi 3 Volt dan diubah menjadi besaran listrik arus searah oleh rangkaian sensor tegangan. Adapun rangkaian sensor tegangan ditunjukkan oleh Gambar 3.8.
Gambar 3.8 Rangkaian Pengkondisi Sinyal Sensor Tegangan
Pada Gambar tersebut sisi output pada masing-masing fasa selanjutnya dihubungkan dengan mikrokontroler 4 dan dilakukan proses pengambilan data.
1.2.5Rangkaian Zero Crossing Detector
Rangkaian zero crossing detektor berfungsi untuk mendeteksi titik persilangan nol suatu sinyal AC baik sinus maupun sinyal AC yang lain. Output dari rangkaian zero crosing detektor adalah suatu pulsa yang menginterprestasikan titik persilangan dengan nol sinyal input atau dengan kata lain output rangkaian zero crossing detektor akan mengalami perubahan nilai pada saat sinyal input bersilangan dengan titik nol. Rangkaian zero crossing detektor ini pada dasarnya merupakan aplikasi dari suatu komparator. Pada perancangan rangkaian zero
crossing detektor dengan Op Amp ini komparator di bangun
menggunakan sebuah Op Amp IC741. Gambar rangkaian zero crossing detector ini dapat dilihat pada Gambar 3.9.
Gambar 3.9 Rangkaian Zero Crossing Detector
Output dari rangkaian zero crossing detektor dengan Op-Amp ini
Gambar 3.10 Sinyal Output Rangkaian Zero Crossing Detector
Perancangan sinyal zero crossing detector mentranformasi sinyal kotak dengan amplitudo sebesar 5V untuk tiap fasa terdapat masing-masing dua sinyal kotak, yaitu sinyal arus dan sinyal tegangan. Sinyal arus dan tegangan dihubungkan dengan port interrupt mikrokontroler untuk dilakukan sensing pemrosesan power factor.
1.2.6Rangkaian Tampilan LCD
LCD berfungsi menampilkan karakter yang telah diproses oleh kontroler, bertujuan mennginformasikan data yang berlangsung atau telah diproses dalam bentuk karakter. LCD yang digunakan pada perancangan alat ini menggunakan LCD 16x2. 16x2 mewakili 16 kolom dan 2 baris, berarti LCD ini dapat menamplkan karakter pada sepanjang 32 buah dengan masing-masing kolom maksimal berisi 16 buah karakter. LCD ini membutuhkan power supply sebesar 5 Volt DC dan kontrol karakternya menggunakan pin RS, RW, E, D4, D5, D6, dan D7. Semua pin tersebut disambungkan dengan port C pada mikrokontroler 4. Rangkaian LCD ini dapat dilihat pada Gambar 3.11.
Gambar 3.11 Rangkaian Tampilan LCD
1.2.7Rangkaian RTC (Real Time Clock)
Gambar 3.12 Rangkaian RTC (Real Time Clock)
1.3 Perancangan Software
Pada perancangan software akan dibahas mengenai pemrograman pada mikrokontroler menggunakan CodeVision AVR dan pemrograman untuk tampilan pada HMI menggunakan Delphi7.
1.3.1Pemrograman pada CodeVision AVR
Sebuah mikrokontroler agar dapat bekerja dengan benar sesuai dengan apa yang diinginkan maka harus diberikan perintah-perintah yang dapat dimengerti oleh mikrokontroler itu. Maka pengisian perintah-perintah tersebut dapat dilakukan mengunakan suatu compiler yang selanjutnya dapat diisikan ke dalam mikrokontroler menggunakan fasilitas yang telah disediakan oleh compiler tersebut. Salah satu
compiler pemrograman yang umum digunakan dalam pemrograman
CodeVision AVR mempunyai keunggulan yaitu adanya code wizard, fasilitas ini memudahkan inisialisasi pada mikrokontroler yang akan digunakan. Adapun alur pemrograman atau flowchart yang ada pada perancangan alat monitoring kualitas daya output trafo distribusi menggunakan mikrokontroler via wifi adalah sebagai berikut dapat dilihat pada Gambar 3.13.
Gambar 3.13 Flowchart Mikrokontroler 1
timer yang dihidupkan oleh interrupt 0 dan di stop oleh interrupt 1. Nilai timer telah ditentukan sebelumnya dengan mempelajari periode dari tegangan dan arus yang mengalir ke beban. Penjang periode untuk skala power factor ini adalah 5 milisecond, maka untuk itu diset nilai timer dengan skala 10 kali yaitu antara 0 sampai dengan 50. Untuk mendapatkan nilai leading sama seperti mendapatkan nilai lagging hanya saja nilai timernya diset antara 50 sampai dengan 100. Hal ini dikarenakan interrupt 2 bekerja saat sinyal rising, sedangkan interrupt 0 dan 1 bekerja saat sinyal falling. Untuk mendapatkan nilai frekuensi maka diaktifkan counter selama 1 detik pada interrupt 0. Setelah itu nilai timer dan counter dikirimkan ke mikrokontroler 2 untuk diproses. Adapun flowchart mikrokontroler 2 dapat dilihat pada Gambar 3.14 berikut.
Untuk pemrograman pada mikrokontroler 2 hampir sama dengan mikrokontroler 1 hanya saja pada mikrokontroler 2 ini dilakukan penerimaan serta pengiriman data sekaligus. Pada mikrokontroler 2 ini berlangsung scanning nilai power factor dan frekuensi pada fasa S, sedangkan pada mikrokontroler 1 dilakukan scanning nilai power factor dan frekuensi pada fasa R. Pada mikrokontroler 3 dilakukan juga proses yang sama seperti mikrokontroler 2 hanya saja pada mikrokontroler ini dilakukan proses scanning nilai power factor dan frekuensi pada fasa T. Adapun flowchart dari mikrokontroler 3 dapat dilihat pada Gambar 3.15 berikut.
Gambar 3.15 Flowchart Mikrokontroler 3
Gambar 3.16 Flowchart Mikrokontroler 4
Pada mikrokontroler 4 berlangsung proses pembacaan nilai dari sensor arus, tegangan, proses penerimaan data dari mikrokontroler 4 serta proses perhitungan untuk mendapatkan nilai power factor yang sebenarnya pada masing-masing fasa. Setelah proses penerimaan, pembacaan dan perhitungan telah selesai dilakukan maka data-data tersebut ditampilkan pada lcd dan dikirimkan ke komputer server melalui modul wiznet dan router. Hal ini berlangsung berulang-ulang hingga mikrokontroler dimatikan. Hal yang sama juga terjadi pada mikrokontroler 1, 2 dan 3.
1.3.2Pemrograman pada Tampilan HMI Delphi7
Delphi dapat digunakan untuk membuat tampilan HMI (Human
Gambar 3.17 Tampilan HMI
Algoritma dari tampilan tersebut adalah sebagai berikut:
1. Buka program, data dari mikrokontroler masih tidak ditampilkan karena tombol ‘CONNECT’ belum ditekan, 2. Ketika tombol ‘CONNECT’ ditekan, maka data akan
diterima oleh HMI dan ditampilkan, 3. Melakukan analisa gangguan,
4. Data yang ditampilkan akan dicatat di tabel,
5. Data pada tabel dapat disimpan dengan menekan tombol “SAVE FILE” dengan terlebih dahulu mengisi ID dan
Password. Hal ini dimaksudkan supaya tidak sembarang
orang dapat mengakses database, hanya yang berwenang saja.
6. Jika ingin keluar, tekan tombol ‘CLOSE’. Jika tidak proses berulang dari nomor 2.
1.4 Perancangan Komunikasi
Komunikasi dari alat monitoring kualitas daya output trafo distribusi ini menggunakan media wireless. Untuk dapat berkomunikasi dengan mengirimkan data dari alat menuju komputer server dibutuhkan sebuah Wiznet dan router. Wiznet digunakan untuk mengubah data serial menjadi data yang dapat dilewatkan portethernet, setelah itu data tersebut dilewatkan melalui wireless menggunakan router.
1.4.1Rangkaian Komunikasi Serial RS-232
Rangkaian serial merupakan sebuah rangkaian yang digunakan untuk menghubungkan mikrokontroler dengan komputer server. Sehingga tampilan data dapat ditampilkan pada monitor komputer
server. Rangkaian ini diunakan untuk mentransmisikan data dari
mikrokontroler ke komunikasi menggunakan RS-232 atau sebaliknya. Keuntungan menggunakan komunikasi serial RS 232 ini tidak perlu menghawatirkan panjang kabel yang digunakan, karena port serial mentransmisikan level tegangan -3 Volt sampai -25 Volt pada logika “1” dan +3 Volt sampai +25 Volt pada logika “0”. Adapun rangkaian dari RS-232 dapat dilihat pada Gambar 3.19 berikut.
Gambar 3.19 Rangkaian Komunikasi Serial RS-232
Rangkaian serial ini menggunakan IC Max 232 sebagai driver
serial dan 4 buah capacitor. Nantinya, pin TX dan RX dari
1.4.2Setting Wiznet Wiz 110SR
Untuk menghubungkan mikrokontroler dengan wireless router, digunakan modul Wiznet Wiz 110sr. Modul tersebut perlu diatur terlebih dahulu konfigurasinya sebelum digunakan dengan menggunakan software WIZ 100SR/105SR/110SR Configuration Tool.
Pada software tersebut, yang perlu dilakukan adalah setting tab network dan setting tab serial. Setting tab network meliputi IP
Configuration Method, Local IP, Subnet, Gateway, Port, Server IP, dan
Operation Mode, sedangkan setting tab serial meliputi Speed, Data Bit, Parity, Stop Bit, dan Flow. Berikut dapat dilihat pada Gambar 3.20 dan 3.21 tampilan Tab Network dan Tab Serial yang telah diatur nilainya.
Gambar 3.20 Tampilan Tab Network yang Telah Diatur Nilainya
Pada Tab Network IP diatur dengan nilai 192.168.1.10 dan port 5000, sedangkan pada Tab Serial baud rate diatur dengan nilai speed 9600 yang telah disesuaikan dengan speed baud rate mikrokontroler.
1.4.3Setting Wireless Router Movistar ASL 26555
Wireless Router digunakan untuk mengirimkan data dari mikrokontroler menuju komputer server. Supaya data dapat terkirim, maka perlu dilakukan pengaturan terlebih dahulu terhadap wireless router. Standar IP Address yang digunakan oleh wireless router Movistar ASL 26555 adalah 192.168.1.1. Supaya dapat terhubung dengan mikrokontroler, IP address diubah menjadi 192.168.1.10, sama dengan setting local IP pada Wiznet Wiz 110sr. Setiing IP address seperti yang terlihat pada Gambar 3.22.
Gambar 3.22 SettingRouter Movistar ASL 26555
44.
BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISA DATA
Bab ini membahas tentang pengujian alat dan analisa data alat yang dibuat, adapun pengujian dan analisa data tersebut berfungsi untuk mengetahui apakah alat yang telah dirancang dan dibuat dapat berfungsi dan menghasilkan keluaran yang sesuai dengan yang diharapkan. Dari perangkat keras yang telah dibuat dilakukan pengujian dan analisa dari berbagai komponen sistem diantaranya :
1. Pengujian rangkaian sensor tegangan 2. Pengujian rangkaian sensor arus
3. Pengujian rangkaian zero crossing detector 4. Pengujian sensor power factor
5. Pengujian sensor frekuensi 6. Pengujian wireless router 7. Pengujian software Delphi7 8. Pengujian alat secara keseluruhan 9. Analisa relevansi
4.1 Pengujian Rangkaian Sensor Tegangan
Pengujian sensor tegangan dilakukan dengan menghubungkan input sensor tegangan dengan output variac. Input variac dihubungkan dengan sumber dari PLN, kemudian nilai output variac diubah secara bertahap untuk melihat perubahan nilai output pada sensor. Tegangan
output sensor diukur menggunakan AVOmeter merek Sanwa CD800a.
Pengujian sensor tegangan ini bertujuan untuk mengetahui apakah sensor dapat berfungsi dengan baik dan mampu menunjukkan pembacaan tegangan yang sesuai. Diagram pengujian dapat dilihat pada Gambar 4.1.
Gambar 4.1 Diagram Pengujian Sensor Tegangan
Pada pengujian diambil 11 data untuk masing-masing fasa, yaitu fasa R,S,T dengan berbagai perubahan tegangan output variac. Hasil pengujian sensor dapat dilihat pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Sensor Tegangan
Beban (W)
Sensor yang digunakan pergerakan nilai output tegangan-nya bergerak linier sesuai dengan kenaikan input. Grafik dapat dilihat pada Gambar 4.2 berikut.
Gambar 4.2 Linierisasi Sensor Tegangan
