RANCANG BANGUN ALAT PENGUKUR WAKTU PADA KARAKTERISTIK RELE GANGGUAN FASA KE TANAH ABB TIPE SPAJ 140C BERBASIS MIKROKONTROLER

(1)

RANCANG BANGUN ALAT PENGUKUR WAKTU PADA

KARAKTERISTIK RELE GANGGUAN FASA KE TANAH ABB

TIPE SPAJ 140C BERBASIS MIKROKONTROLER

BUILD AND DESIGN TIME MEASUREMENT TOOL ON

CHARACTERISTIC OF GROUND FAULT RELAY ABB TYPE SPAJ

140C BASED ON MICROCONTROLLER

Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Listrik

Di Jurusan Teknik Elektro

Oleh :

Arif Apriyana Putra

091321040

POLBAN

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2012

(2)

DATA PRIBADI

Nama : Arif Apriyana Putra

Alamat : Jl. Ciwaruga Rt 01/03 no.16

NIM : 091321040

TTL : Bandung, 3 Mei 1992 Agama : Islam

Jenis kelamin : Laki-laki

Status : Belum Menikah Kewarganegaraan : Indonesia

Universitas : Politeknik Negeri Bandung Program studi : Teknik Listrik

E-mail : docildoclo@yahoo.com Telepon : 085721886032

PENDIDIKAN

1997 – 2003 : SD Negeri Ciwaruga I 2003 – 2006 : SMP Negeri 12 Bandung 2006 – 2009 : SMA Laboratorium UPI 2009 – sekarang : Politeknik Negeri Bandung

PENGALAMAN ORGANISASI

2001 – 2003 : Anggota PRAMUKA SDN Ciwaruga I 2004 – 2005 : Anggota PMR SMPN 12 Bandung 2004 – 2005 : Anggota OSIS SMPN 12 Bandung

2010 – 2011 : Anggota Himpunan Mahasiswa Listrik Polban 2010 – 2011 : Anggota FKHME-Bandung

(3)

ABSTRAK

Rele arus lebih adalah suatu rele yang bekerjanya berdasarkan adanya kenaikan arus yang melewatinya. Rele ini dapat digunakan sebagai pengaman utama pada jaringan distribusi dan sub-transmisi sistem radial. Waktu pemutusan rele sangat diperlukan untuk mengetahui kurva karakteristik dari rele itu sendiri. Pada Proyek Akhir ini akan dilakukan pembuatan alat pengukur waktu untuk memastikan waktu pemutusan rele terhadap adanya gangguan arus lebih pada rele ABB tipe SPAJ 140C berbasis mikrokontroler yang menggunakan display Seven Segment dari orde pembacaan 1/100 detik sampai 99.99 detik. Dengan adanya alat uji ini pun kita bisa mendapatkan karakteristik rele yang lebih akurat.

Kata Kunci : Waktu Pemutusan Rele, Karakteristik Rele, GFR

(4)

ABSTRACT

Overcurrent relay is a relay that works based on the increase in current through it. This relay can be used as the primary security in the distribution network and radial sub-transmission system. Relay time of termination is necessary to know the characteristic curve of the relay. At the end of this project will be the manufacture of measuring instruments to ensure the termination time of the overcurrent relay and interference with the rele-based ABB 140C SPAJ type microcontroller that uses the Seven Segment display readout time of the order of 1/100 second up to 99.99 seconds. With the test equipment is also we can get a more accurate characteristics of the relay.

Keywords: Termination Time relay, relay characteristics, GFR

(5)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

LEMBAR PENGESAHAN ... ii

DATA PRIBADI ... iii

KATA MUTIARA ... iv

ABSTRAK ... v

ABSTRACT ... vi

KATA PENGANTAR ... vii

DAFTAR ISI ... ix

DAFTAR GAMBAR ... xii

DAFTAR TABEL ... xiv

DAFTAR LAMPIRAN ... xvi

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan ... 2

1.3 Rumusan Masalah ... 2

1.4 Batasan Masalah ... 3

1.5 Metode Penyelesaian Proyek Akhir ... 3

1.5.1 Identifikasi Masalah ... 3

1.5.2 Studi Litertur ... 3

1.5.3 Pembuatan Alat ... 3

1.5.4 Analisa dan Evaluasi ... 3

1.5.5 Penyusunan Laporan Proyek Akhir ... 4

1.5.6 Perbaikan dan Penyempurnaan ... 4

1.6 Sistematika Penulisan ... 4

(6)

BAB II LANDASAN TEORI

2.1 Rele Pengaman ... 6

2.1.1 Fungsi Rele Pengaman ... 7

2.1.2 Syarat Rele Pengaman ... 7

2.2 Rele Arus Lebih (OCR) dan Rele Gangguan ke Tanah (GFR) ... 9

2.2.1 Cara Kerja Rele Arus Lebih dan Rele Gangguan ke Tanah ... 10

2.2.2 Jenis Karakteristik Rele Arus Lebih dan Rele Gangguan Tanah ... 10

2.3 Rele ABB tipe SPAJ 140C ... 20

2.3.1 Setting Rele ABB tipr SPAJ 140C ... 24

2.3.2 Bagian-bagian Rele ABB tipe SPAJ 140C ... 26

2.4 Mikrokontroler AT89S52 ... 40

2.4.1 Konfigurasi AT89S52 ... 42

2.4.2 Blok Diagram AT89S52 ... 45

2.4.3 Memori Program ... 47

2.4.4 Memori Data ... 47

2.5 Seven Segment ... 47

2.5.1 Jenis-jenis Seven Segment ... 49

2.5.2 Prinsip Kerja Seven Segment ... 50

2.6 IC Penggerak 4094 ... 50

2.6.1 Konfigurasi IC 4094 ... 51

2.6.2 Cara Kerja IC 4094 ... 52

BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI 3.1 Definisi Perancangan ... 53

3.2 Tujuan Perancangan ... 53

3.3 Langkah Perancangan ... 53

3.3.1 Flowchart Pengerjaan Proyek Akhir ... 54

3.3.2 Perancangan Fungsional ... 55

3.3.3 Deskripsi Cara Kerja Alat ... 56

(7)

3.3.4 Pemilihan Komponen ... 57

3.3.5 Perancangan Fisik/Konstruksi... 61

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA 4.1 Tujuan Pengujian Karakteristik GFR ABB tipe SPAJ 140C ... 63

4.2 Sasaran Pengujian Karakteristik GFR ABB tipe SPAJ 140C ... 63

4.3 Peralatan yang digunakan ... 63

4.4 Gambar Rangkaian ... 67

4.5 Langkah Percobaan ... 67

4.6 Pengujian dan Analisa ... 69

4.6.1 Analisa Pengukuran ... 83 4.1.2 Analisa Error ... 83 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 86 5.2 Saran ... 87 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

(8)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Karakteristik Rele Arus Lebih Waktu Seketika (Instantaneous). 11

Gambar 2.2 Karakteristik Rele Arus Lebih Waktu Tertentu (Definite Time) .. 12

Gambar 2.3 Karakteristik Rele Arus Lebih Waktu Terbalik (Inverse Time) ... 12

Gambar 2.4 Kurva Karakteristik Waktu Normal Inverse. ... 13

Gambar 2.5 Kurva Karakteristik Waktu Very Inverse. ... 14

Gambar 2.6 Kurva Karakteristik Waktu Extremely Inverse. ... 15

Gambar 2.7 Kurva Karakteristik Waktu Long Time Inverse. ... 16

Gambar 2.8 Karakteristik Inverse Definite Minimum Time(IDMT) . ... 17

Gambar 2.9 Kurva Karakteristik Waktu Tipe-RI. ... 18

Gambar 2.10 Kurva Karakteristik Waktu Tipe-RXIDG. ... 19

Gambar 2.11 Rele ABB tipe SPAJ 140C tampak depan. ... 20

Gambar 2.12 Rele ABB tipe SPAJ 140C tampak belakang. ... 21

Gambar 2.13 Wiring OCR & GFR ABB SPAJ 140C Pada Jaringan Distribusi 21 Gambar 2.14 Wiring Rele OCR & GFR ABB SPAJ 140 C. ... 22

Gambar 2.15 SPCJ 4D29. ... 27

Gambar 2.16 Konstruksi Kaki AT89S52. ... 42

Gambar 2.17 Blok Diagram AT89S52. ... 46

Gambar 2.18 Konstruksi Seven Segment. ... 48

Gambar 2.19 Seven Segment Common Anoda ... 49

Gambar 2.20 Seven Segment Common Katoda. ... 49

Gambar 2.21 Konstruksi IC4094. ... 51

Gambar 2.22 Blok Diagram IC4094 ... 52

Gambar 3.1 Flowchart Pengerjaan Proyek ... 54

Gambar 3.2 Blok Diagram Pengukur waktu pada karakteristik OCR&GFR. .. 55

Gambar 3.3 Blok Diagram alat ukur waktu. ... 55

Gambar 3.4 AT89S52 ... 57

(9)

Gambar 3.5 Sistem Minimum AT89S52. ... 58

Gambar 3.6 IC 4094 ... 59

Gambar 3.7 Seven Segment. ... 60

Gambar 3.8 Rangkaian display alat ukur waktu ... 61

Gambar 3.9 Rangkaian Alat Pengukur Waktu Pemutusan Rele. ... 62

Gambar 3.10 Rancangan Fisik Alat Ukur Waktu Pemutusan Rele ... 62

Gambar 4.1 Peralatan Pengujian Karakteristik GFR ABB tipe SPAJ 140C. ... 64

Gambar 4.2 OCR&GFR ABB tipe SPAJ 140C ... 65

Gambar 4.3 Simulator Sumber Jaringan 3 Fasa. ... 65

Gambar 4.4 Current Injector ... 66

Gambar 4.5 Alat Ukur Waktu. ... 66

Gambar 4.6 Rangkaian Pengujian Karakteristik GFR ABB tipe SPAJ 140C .. 67

Gambar 4.7a Kurva Karakteristik SI GFR ABB tipe SPAJ 140C. ... 71

Gambar 4.7b Kurva Semilog Karakteristik SI GFR ABB tipe SPAJ 140C. ... 71

Gambar 4.8a Kurva Karakteristik VI GFR ABB tipe SPAJ 140C ... 73

Gambar 4.8b Kurva Semilog Karakteristik VI GFR ABB tipe SPAJ 140C ... 73

Gambar 4.9a Kurva Karakteristik EI GFR ABB tipe SPAJ 140C. ... 75

Gambar 4.9b Kurva Semilog Karakteristik EI GFR ABB tipe SPAJ 140C. ... 75

Gambar 4.10a Kurva Karakteristik LTI GFR ABB tipe SPAJ 140C ... 77

Gambar 4.10b Kurva Semilog Karakteristik LTI GFR ABB tipe SPAJ 140C .... 77

Gambar 4.11a Kurva Karakteristik RI GFR ABB tipe SPAJ 140C ... 79

Gambar 4.11b Kurva Semilog Karakteristik RI GFR ABB tipe SPAJ 140C ... 79

Gambar 4.12a Kurva Karakteristik RXIDG GFR ABB tipe SPAJ 140C. ... 82

Gambar 4.12b Kurva Karakteristik RXIDG GFR ABB tipe SPAJ 140C. ... 82

Gambar 4.13 Kurva Error rata-rata TMS. ... 85

(10)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Tabel Operation Inicator pada Panel Depan Rele ... 25

Tabel 2.2 SGF 1 ... 29 Tabel 2.3 SGF 2 ... 31 Tabel 2.4 SGB ... 33 Tabel 2.5 SGR 1 ... 35 Tabel 2.6 SGR 2 ... 35 Tabel 2.7 SGR 3 ... 36

Tabel 2.8 Data Port 3 Pin 10-17 ... 43

Tabel 4.1 Karakteristik SI GFR tipe ABB SPAJ 140C TMS 1 ... 69

Tabel 4.2 Karakteristik SI GFR tipe ABB SPAJ 140C TMS 0.5 ... 69

Tabel 4.3 Karakteristik SI GFR tipe ABB SPAJ 140C TMS 0.1 ... 69

Tabel 4.4 Karakteristik Very Inverse GFR tipe ABB SPAJ 140C TMS 1 ... 72

Tabel 4.5 Karakteristik Very Inverse GFR tipe ABB SPAJ 140C TMS 0.5 ... 72

Tabel 4.6 Karakteristik Very Inverse GFR tipe ABB SPAJ 140C TMS 0.1 ... 72

Tabel 4.7 Karakteristik EI GFR tipe ABB SPAJ 140C TMS 1... 74

Tabel 4.8 Karakteristik EI GFR tipe ABB SPAJ 140C TMS 0.5 ... 74

Tabel 4.9 Karakteristik EI GFR tipe ABB SPAJ 140C TMS 0.1 ... 74

Tabel 4.10 Karakteristik LTI GFR tipe ABB SPAJ 140C TMS 1 ... 76

Tabel 4.11 Karakteristik LTI GFR tipe ABB SPAJ 140C TMS 0.5 ... 76

Tabel 4.12 Karakteristik LTI GFR tipe ABB SPAJ 140C TMS 0.1 ... 76

Tabel 4.13 Karakteristik RI GFR tipe ABB SPAJ 140C TMS 1 ... 78

Tabel 4.14 Karakteristik RI GFR tipe ABB SPAJ 140C TMS 0.5... 78

(11)

Tabel 4.15 Karakteristik RI GFR tipe ABB SPAJ 140C TMS 0.1... 78

Tabel 4.16 Karakteristik RXIDG GFR tipe ABB SPAJ 140C TMS 1 ... 80

Tabel 4.17 Karakteristik RXIDG GFR tipe ABB SPAJ 140C TMS 0.5 ... 80

Tabel 4.18 Karakteristik RXIDG GFR tipe ABB SPAJ 140C TMS 0.1 ... 81

Tabel 4.19 Tabel Error Pengukuran Waktu Pemutusan Rele ... 83

(12)

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN 1

Flowchart Sistem

LAMPIRAN 2

Program Alat berbasis Assembler

LAMPIRAN 3

Tabel dan Kurva Pengukuran untuk karakteristik

Extremely Inverse

LAMPIRAN 4

Rangkaian Skematik Alat

(13)

DAFTAR PUSTAKA

1) Bidang Akademik. 2012. Pedoman Pelaksanaan Tugas Akhir/Proyek Akhir. 2012. Bandung : Politeknik Negeri Bandung

2) Onelka.2010. Mikrokontroler AT89S52.

http://onelka.wordpress.com/mikrokontroler-at89s52 . ( Mei 2012 ) 3) Electooper. 2010. Shift Register 4094.

http://kecoakacau.blogspot.com/2010/12/shift-register-4094.html. ( Mei 2012 )

4) “….”. 2011. Seven Segment (7-Segment).

http://ilmubawang.blogspot.com/2011/04/download-artikel-ini-dalam-bahasa.html.

( Mei 2012 )

5) “….”. 2011. http://www.anakunhas.com/2011/08/persyaratan-pokok-rele-pengaman.html. ( Juni 2012 )

6) “….”. 2011. Rele Arus Lebih. http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/07/relay-arus-lebih.html. ( Juni 2012 )

7) “….”. 2011. Rele Pengaman. http://www.scribd.com/doc/60836925/9/C-Rele-Pengaman. ( Juni 2012 )

8) “….”. 2011.SPAJ 140C Overcurret and Earth-Fault.

http://www.docstoc.com/docs/71997109/SPAJ-140-C-Overcurrent-and-earth-fault-relay. ( Juni 2012 )

9) ABB. 2007. SPAJ 140C Overcurrent and earth fault relay user’s manual and technical description.