PROTOTYPE PROTECTION OVER CURRENT USING CURRENT TRANSFORMER BASED
MICROCONTROLLER ATMEGA32
By Hadi Prayogo
Protection systems in electric power equipment is needed to maintain reliability and power quality, The good protection system capable to alocate overload and short circuit. System control of the protection system must be fast and sensitive in responding of fault thus directly ordered protection system to work. In this research a prototype overcurrent protection consists of components such as transformers Flow, ATmega32 microcontroller, signal conditioning, lcd 2x16, ULN 2003, relays, and other supporting components.
In this thesis required calibration system, so that won’t give error occurs in the process of securing the channel, the sensor reading error of 0.01553% when the current transformer testing 1, when the current transformer testing tool 2 reading errors by 0.019495% and then testing error voltage sensor reading is 0.001459%. For each of the current transformers is limitedmaximum current 4 amperes.
PROTOTYPE PROTEKSI ARUS LEBIH
MENGGUNAKAN CURRENT TRANSFORMER BERBASIS
MIKROKONTROLLER ATMEGA32
Oleh Hadi Prayogo
Sistem proteksi pada peralatan tenaga listrik sangat diperlukan untuk menjaga kehandalan dan kualitas listrik, sistem proteksi yang baik mampu melokasilisir keadaan dari gangguan seperti kelebihan beban dan hubung singkat. Pengendalian dari sistem proteksi sendiri harus cepat dan sensitif dalam merespon gangguan, sehingga langsung memerintahkan sistem proteksi untuk bekerja. Dalam penelitian ini dibuat prototipe proteksi arus lebih terdiri dari komponen seperti Tranformator Arus, Mikrokontroller ATmega32, pengkondisi sinyal, lcd 2x16, ULN 2003, relay, dan komponen pendukung lainnya.
Diperlukan pengkalibrasian system, supaya tidak terjadi kesalahan pada proses pengamanan saluran, kesalahan pembacaan sensor sebesar 0.01553% pada saat pengujian tranformator arus 1, pada saat pengujian tranformator arus 2 kesalahan pembacaan alat sebesar 0.019495% , sedangkan pada saat pengujian sensor tegangan kesalahan pembacaannya 0.001459%. Pada masing-masing Tranformator arus dibatasi arus maksimal 4 ampere.
Proses yang menyebabkan pemutusan saluran terhadap beban, karena jumlah arus pemakaian beban telah melebihi dari batas maksimal arus yang ditetapkan dan juga akibat adanya hubung singkat. Apabila terjadi arus lebih dari batas maksimal arus yang ditentukan, maka sistem proteksi akan memutus saluran dan menghubungkan kembali apabila arus dibawah batas maksimal.
PROTYPE
PROTEKSI ARUS LEBIH MENGGUNAKAN
CURRENT TRANSFORMER
BERBASIS
MIKROKONTROLLER ATMEGA32
Oleh
HADI PRAYOGO
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK
Pada
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Lampung
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Tanjung Harapan, Lampung pada tanggal 19 Oktober 1990, sebagai anak kedua dari empat bersaudara, dari Bapak Sumari dan Ibu Ismawati.
Riwayat pendidikan penulis dimulai dari Sekolah Dasar Negeri (SDN) 2 Desa Pardasuka dari tahun 1997 dan diselesaikan pada tahun 2003. Sekolah Menengah Pertama Negeri (SMPN) 1 Bintuhan, Bengkulu Selatan dari tahun 2003 dan diselesaikan pada tahun 2006, dan Sekolah Menengah Atas Negeri (SMKN) 2 Kota Bengkulu dari tahun 2006 dan diselesaikan pada tahun 2009.
Pada tahun 2009, penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung. Pada semester 5 penulis memilih konsentrasi Sistem Energi Elektrik (SEE) sebagai fokus dalam perkuliahan dan penelitian.Selama menjadi mahasiswa, penulis di berbagai kegiatan antara lain:
1. Anggota Departemen Apresiasi Pengembangan dan Keilmuan (APK) Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro Universitas Lampung (2010-2011). 2. Kepala Devisi Pengkaderan Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro Universitas
Lampung (2011-2012).
3. Kepala Dinas Internal Badan Eksekutif Mahasiswa Fakultas Teknik (2012-2013)
4. Tim Unila Robotika dan Otomasi (URO) dan Asisten Laboratorium Teknik Digital Universitas Lampung (2010-2014).
5. Kontes Robot Cerdas Indonesia (KRCI) Regional pada bulan April Tahun 2010 di Bangka Belitung.
8. Kompetisi Kincir Angin Indonesia (KKAI) Pada bulan September Tahun 2013 di Pantai Baru Bantul.
9. Kontes robot Terbang Indonesia (KRTI) Pada Bulan November Tahun 2013 di Jatinangor Bandung.
Persembahan
Dengan penuh rasa syukur kepada allah SWT yang
telah melimpahkan rahmat dan karunianya kepadaku
hingga detik ini
Kupersembahkan sebuah karya ini untuk :
Kedua orang tuaku, kakakku, adik-adikku, dan
keluarga besar untuk semua kasih sayang,doa,
dukungan, pengorbanan, semangat, serta kesabaran,
yang tiada habisnya yang telah kalian curahkan
kepadaku selama ini hingga aku bias menjadi seperti
yang sekarang ini.
MOTO
Hal besar itu di mulai dari hal yang kecil, tetapi
lakukanlah hal yang kecil tersebut dengan semangat
yang besar.
Tanamkan sifat rendah diri dalam dirimu ketika
melihat orang lain telah maju didepanmu, sehingga
dengan sifat tersebut membuatmu mempunyai sifat
ingin maju menuju masa depan yang lebih sukses.
“
Man Jadda Wajada”
(Siapa Yang Bersungguh-Sungguh Akan
Alhamdulillahirobbil’alamiin, penulis memanjatkan syukur kehadirat ALLAH SWT
yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian Tugas Akhir ini tepat pada waktunya dan semoga selaku muslim kita dapat mengikuti serta menteladani pola kehidupan nabi dan para sahabatnya sampai akhir zaman kelak.
Skripsi dengan judul“ Prototype Proteksi Arus Lebih Menggunakan Current Transformer Berbasis Mikrokontroller ATmega32”. Ini merupakan salah satu syarat
untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung.
Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada :
1. Bapak Prof. Suharno, M.Sc, Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung.
2. Bapak Agus Trisanto, Ph.D. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung.
3. Bapak Dr. Eng. Helmy Fitriawan, S.T., M.Sc. selaku Pembantu Dekan (PD) I FT Unila.
6. Dr. Eng. Lukmanul Hakim, M.Sc. selaku dosen penguji skripsi yang telah memberikan saran dan kritikan yang sangat membangun dalam penyusunan skripsi.
7. Segenap dosen dan pegawai jurusan Teknik Elektro yang telah memberikan ilmu dan wawasan yang tak terlupakan, terkhusus bapak Yulliarto Raharjo yang telah memberikan masukan, dorongan, pengalaman dan ilmu yang sangat bagi penulis. 8. Bapak dan ibu, mbak iin pangestutik, sandi kurniawan, Riky wijaya dan Dea Ayu
Larasati yang selama ini telah memberi nasehat, kasih sayang, doa, serta dukungan.
9. Sahabat-sahabat di lab Teknik Digital: Dimas Adityawarman, Hendi Setiawan, M Cahyonyo, Supriyadi, Linggom Gultom, Aris Untung, Perdana Agung Nugraha, Harry, Ucup, Choi, Made, Gata, rosyid, kak deni tukul,kak deksi, Tio, Riski, faisal, Windu, Didi, Ucok, yasin, nanang, valen dll atas semua canda tawa , dukungan dan masa-masa sulit yang pernah kita lewati bersama.
10.Temen-temen di lab terpadu teknik elektro rifki anora, ijonk, nadhir, widi, binsar, trisno, Luqvi, jumanto
11.Teman-teman senasib dans eperjuangan Teknik Elektro angkatan 2009 dari awal kuliah sampai selesai kuliah.
dan saran yang membangun dari semua pihak.
Bandar Lampung, 18 Agustus 2014 Penulis,
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ... vii
DAFTAR GAMBAR ... viii
I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Tujuan Penelitian ... 2
1.3 Manfaat Penelitian ... 3
1.4 Perumusan Masalah ... 3
1.5 Batasan Masalah ... 4
1.6 Hipotesis ... 5
1.7 Sistematika Penulisan ... 5
II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Hukum Kirchoff ... ... 7
2.2 Transformator Arus ... 8
2.2.1 Spesifikasi Transformator arus ... 10
2.2.2 Trafo Arus Sebagai Pengukuran ... 10
2.2.3 Trafo Arus Sebagai Proteksi ... 11
2.3 Klasifikasi Transformator Arus ... 11
2.3.1 Jenis Transformator Menurut Tipe Kontruksi dan Pemasangannya ... 11
1. Trafo Pemasangan Luar Ruangan ... 11
2. Trafo Pemasangan Dalam Ruangan ... 12
2.3.2 Jenis Transformator Arus Berdasarkan Jenis Inti ... 12
1. Inti Tunggal ... 12
2. Inti Ganda ... 13
2.3.3 Jenis Transformator Arus Menurut Tipe Kontruksi... 13
1. Tipe Cincin ... 13
2. Tipe Cor-coran cast resin ... 14
3. Tipe Tangki Minyak... 14
4. Tipe Trafo Arus Bushing ... 14
1. Sisi Primer Batang ... 14
2. Sisi Tipe Lilitan ... 15
2.3.5 Jenis Transformator Arus isolasi ... 15
1. Trafo Arus Kering ... 15
2. Trafo Arus Cast Resin & Epoksi Resin ... 16
3. Trafo Arus Isolasi Minyak & kertas ... 16
4. Trofo Arus Isolasi SF6 ... 17
2.4 Komponen Elektronika ... 17
2.4.1 Resistor ... 18
2.4.2 Dioda ... 19
2.4.3 Kapasitor ... 20
2.4.4 Relay ... 20
2.4.5 ULN 2003 ... 24
2.4.6 LM 317 ... 26
2.5 Tang Ampere ... 26
2.6 Mikrokontroller Atmega32 ... 28
2.7 LCD 2x16 ... 34
2.8 Sakelar Pemutus Tenaga ... 36
2.9 Konfigurasi Sistem Pembangkit tenaga Hybrid ... 37
2.10 Regresi Linier ... 38
2.11 Galat (Error) ... 39
III. METODE PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ... 41
3.2 Alat dan Bahan ... 41
A. Instrumen ... 41
B. Komponen ... 41
C. Peralatan Kerja ... 42
D. Bahan- Bahan ... 42
3.3 Tahap-tahap Dalam Pembuatan Tugas Akhir ... 43
3.4 Spesifikasi Rancangan Alat ... 47
3.5 Blok Diagram Rangkaian ... 47
3.6 Perancangan Prototype Proteksi Arus Lebih ... 48
1. Pembuatan Sensor Tegangan ... 48
2. Pembuatan Sensor Arus ... 49
3. Rangkaian Driver Relay ... 50
4. Interface LCD 2x16 ... 51
5. Konversi ADC (Analog Digital Converter) ... 52
6. Perangkat Lunak ... 53
3.7 Metode Pengujian Dan Kalibrasi ... 54
3.8 Metode %Error ... 54
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil ... 59
4.1.1 Rangkaian Skematic Proteksi Arus Lebih ... 59
4.1.3 Rangkaian Penyearah Keluaran Sensor Tegangan ... 62
4.1.4 Rangkaian Penyearah Keluaran Sensor Arus ... 34
4.1.5 Rangkaian Aksi Pemutus Driver Relay... 64
4.1.6 Rangkaian Konversi Analog Ke Digital ... 65
4.1.7 Rangkaian LCD 2x16 ... 66
4.1.8 Perhitungan Regresi Linier Data Tegangan ... 67
4.1.9 Pengujian Sensor Tegangan ... 69
4.1.10 Perhitungan Regresi Linier Data Arus 1 ... 71
4.1.11 Pengujian Sensor Arus Current Tranformator 1 ... 73
4.1.12 Perhitungan Regresi Linier Data Arus 2 ... 74
4.1.13 Pengujian Sensor Arus Current Tranformator 2 ... 77
4.1.14 Pengujian Arus Total Current Tranformator ... 79
4.2 Pembahasan ... 80
V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 83
5.2 Saran ... 84 DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
1.1 Rekam jejak penelitian ... 2
2.1 Fungsi Khusus Port A ... 31
2.2 Fungsi Khusus Port B ... 32
2.3 Fungsi Khusus Port C ... 33
2.4 Fungsi Khusus Port D ... 34
3.1 Rencana Pengujian Pembacaan Tegangan ... 55
3.2 Rencana Pengujian Pembacaan Arus Current Tranformator 1 ... 56
3.3 Rencana Pengujian Pembacaan Arus Current Tranformator 2 ... 57
3.4 Rencana Pengujian Pembacaan Arus Total ... 58
4.1 Tegangan 165-175 ... 67
4.2 Pengujian Sensor Tegangan ... 70
4.3 Arus 0.627-1.273 ... 72
4.4 Pengujian Sensor Arus 1 ... 73
4.5 Arus 0,399-0.992 ... 75
4.6 Pengujian Sensor Arus 2 ... 77
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
2.1 Rangkaian Trafo Arus ... 8
2.2 Trafo Arus Pemasangan Luar Ruangan ... 12
2.3 Trafo Arus Pemasangan Dalam Ruangan ... 12
2.4 Ilustrasi Trafo Arus Ganda ... 13
2.5 Trafo Arus Tipe Cincin ... 13
2.6 Trafo Arus Tipe Cast Resin ... 14
2.7 Trafo Arus Tipe Tangki Minyak... 14
2.8 Trafo Arus Tipe Bushing ... 14
2.9 Bar primary ... 15
2.10 Wound primary ... 15
2.11 Jenis Trafo Arus Dengan Isolasi Epoksi-Resin ... 16
2.12 Jenis Trafo Arus Dengan Isolasi Minyak Kertas ... 17
2.13 Trafo Arus inti cincin dalam rel daya isolasi SF6 ... 17
2.14 Resistor ... 18
2.15 Rangkaian Pembagi Tegangan ... 18
2.16 Dioda... 19
2.17 Kapasitor ... 20
2.18 Relay Elektro Mekanik ... 21
2.20 Kontruksi Relay Elektro Mekanik Posisi NO ... 22
2.21 Rangkaian Darlington IC ULN 2003 ... 24
2.22 Bentuk Fisik IC ULN 2003 ... 25
2.23 Transistor Darlington Dalam IC ULN 2003 ... 25
2.24 LM317 ... 26
2.25 Tang Ampere ... 26
2.26 Pin-pin ATmega32... 29
2.27 Blok Diagram ATmega32... 30
2.28 LCD 2x16 ... 34
2.29 Tabel PIN LCD 2x16 ... 35
2.30 Circuit Breaker ... 36
3.1 Diagram Alir Pengerjaan Tugas Akhir ... 46
3.2 Diagram Blok... 47
3.3 Rangakaian Sensor Tegangan ... 48
3.4 Rangkaian Pengkondisi Sinyal Output CT ... 49
3.5 Rangkaian Driver Relay ... 50
3.6 Rangkaian Mikrokontroller ke LCD 2x16 ... 51
3.7 Analog Digital Konverter ... 52
4.1 Skematic perangkat Proteksi Arus Lebih ... 60
4.2 Rangkaian perangkat Proteksi Arus Lebih ... 61
4.3 Rangkaian Pengkondisi Tegangan ... 63
4.4 Rangkaian Penyearah keluaran Sensor Arus ... 64
4.5 Rangkaian Driver Relay ... 65
4.7 Rangkaian LCD 2x16 ... 66
4.8 Grafik Pengujian Tegangan 165-175 ... 68
4.9 Hasil Grafik Perhitungan Error Pembacaan Tegangan ... 71
4.10 Grafik Pengujian Arus 0.627-1.273 ... 72
4.11 Hasil Grafik Perhitungan Error Pembacaan Arus 1 ... 74
4.12 Grafik Pengujian Arus 0.399-0.992 ... 75
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Proteksi arus lebih sangat dibutuhkan dalam hal untuk menjaga keamanan dari suatu sistem. Jika sistem proteksi tersebut bagus, maka akan terciptanya keadaan yang aman, apabila pada saluran terjadi kelebihan arus yang disebabkan oleh pemakaian beban ataupun hubung singkat. CT (Current Transformer) itu sendiri dalam penggunaannya dapat digunakan sebagai pengukuran arus, Tetapi dalam penelitian ini, CT (Current Transformer) lebih digunakan sebagai pembacaan arus Nilai arus sekunder pada Current Transformator dihasilkan berdasarkan adanya perubahan rasio dan arus primernya. Current Transformer umumnya terdiri dari sebuah inti besi yang dililiti oleh konduktor kawat tembaga.
untuk membuka dan menutup rangkaian listrik pada semua kondisi. Pada alat ini nantinya juga dapat digunakan sebagai monitoring dan pembantasan pemakaian beban pada pembangkit energi terbarukan yang terhubung ke beban masyarakat. Pada pengendali utamanya pada sistem ini yaitu ATmega32.
Penelitian ini merupakan pengembangan dari penelitian-penelitian yang telah dilakukan sebelumnya. Rekam jejak dari penelitian yang berkaitan dapat dilihat pada Tabel 1.1.
Tabel 1.1 Rekam jejak penelitian
No Nama (NPM) Tahun Judul Penelitian
1
Dimas Adityawarman
(0915031007)
2014
Rancang Bangun Alat Ukur Arus Menggunakan Tranformator Arus Berbasis Mikrokontroller ATmega32
2 Hadi Prayogo (0915031085)
2014
Prototype Proteksi Arus Lebih Menggunakan Current Transformer Berbasis Mikrokontroller ATmega32
1.2 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. membuat sebuah alat yang dapat digunakan untuk memutus saluran yang terhubung terhadap beban, apabila terjadi arus lebih ataupun hubung singkat. 2. mengetahui nilai arus dari penggunaan beban.
1.3 Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dapat tercapai dari penelitian ini adalah alat ini adalah sebagai berikut:
1. dapat digunakan untuk mengamankan peralatan listrik dengan cara diproteksi. 2. dapat mengetahui konsumi arus pada keseluruhan beban yang terpakai. 3. dapat mengetahui nilai tegangan yang digunakan secara keseluruhan.
4. semua keadaan tersebut dapat dilihat pada tampilan LCD 2x16 dalam bentuk digital.
1.4 Perumusan Masalah
Perumusan masalah dalam penelitian ini adalah
1. Bagaimana membuat rangkaian penyearah tegangan keluaran CT.
2. Bagaimana pengolahan data analog ke digital melalui unit pengontrol mikrokontroller ATmega32,
3. Bagaimana pengolahan data digital sehingga presisi dalam pengukuran(pembacaan) dan di tampilkan dalam LCD 2x16.
1.5 Batasan Masalah
Adapun dalam pembuatan alat ini, ada beberapa hal yang yang di batasi sebagai berikut :
1. Trafo tegangan hanya di gunakan untuk sebagai pembacaan tegangan.
2. CT (Current Transformer) hanya di gunakan sebagai pembacaan arus pada sistem.
3. Proses pemutusan arus melalui rangkaian Driver Relay yang di control dari unit pengontrol mikrokontroller ATmega32.
4. CT (Current Transformer) yang digunakan adalah tipe pemasangan indoor dengan nama produk MSQ-30.
5. Mikrokontroller yang digunakan adalah ATmega32 sebagai pengolahan data analog ke digital.
6. Menggunakan meltimeter digital sebagai pengujian dan kalibrasi keakuratan pembacaan data pengukuran.
7. Data-data pengukuran diambil melalui uji coba di Laboratorium Teknik Digital Universitas Lampung.
1.6 Hipotesis
Alat ini dapat digunakan pada skala menengah yaitu rumah tangga, Alat ini nantinya berfungsi sebagai proteksi arus lebih dan hubung singkat yaitu dapat memutuskan saluran yang terhubung kebeban akibat adanya perubahan arus, mengetahui nilai arus pada masing-masing current transformer dan mengetahui arus total dari keduanya, Setiap pengguna dapat mengetahui berapa jumlah arus yang sedang di gunakan dan tegangan , terlihat pada tampilan LCD 16x2, berupa tampilan digital.
1.7 Sistematika Penulisan
Dalam rangka penulisan skripsi ini, disusun suatu sistematika penulisan dengan membaginya menjadi beberapa bab. Susunan sistematika tersebut antara lain adalah:
BAB I PENDAHULUAN
Menjelaskan tentang latar belakang permasalahan, tujuan dilakukannya penelitian, manfaat yang dapat di berikan dari penelitian, perumusan masalah, hipotesis, dan sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bagian ini akan berisi tentang teori – teori sistem mikrokontroler, Current Transformator, Sakelar Pemutus tenaga, komponen elektronika
BAB III METODE PENELITIAN
Bagian ini akan menjelaskan metode yang digunakan dalam proses perancangan dan pembuatan diantaranya waktu dan tempat penelitian, alat dan bahan, pembuatan alat dan pengujian sistem.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Bagian ini berisi tentang hasil pengujian dan pembahasan tentang data – data yang diperoleh dari pengujian.
BAB V SIMPULAN DAN SARAN
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Hukum Kirchoff
Hukum kirchoff merupakan salah satu teori elektronika untuk menganalisa lebih lanjut tentang rangkaian elektronika. Dengan hukum kirchhoff kita dapat menganalisa lebih lanjut tentang arus yang mengalir dalam rangkaian dan tegangan yang terdapat pada titik-titik rangkaian elektronika.
Hukum Kirchoff terbagi menjadi 2 yaitu :
1. Hukum Kirchoff arus (Kirchoff Current Law / KCL) :
“Jumlah aljabar arus yang melalui sebuah titik simpul adalah nol”.
Dapat juga dikatakan bahwa arus yang masuk kedalam suatu titik percabangan adalah sama dengan arus yang keluar dari titik percabangan tersebut.
Secara matematis dapat dituliskan :
I = 0 (2-1)
2. Hukum Kirchoff tegangan (Kirchoff Voltage Law / KVL) :
“ Jumlah aljabar tegangan secara vektoris pada suatu loop tertutup adalah nol”.
Secara matematis dapat dituliskan :
V = 0 (2-2)
2.2 Transformator Arus
Trafo Arus (Current Transformer) yaitu peralatan yang digunakan untuk melakukan pengukuran besaran arus pada intalasi tenaga listrik disisi primer (TET, TT dan TM) yang berskala besar dengan melakukan transformasi dari besaran arus yang besar menjadi besaran arus yang kecil secara akurat dan teliti untuk keperluan pengukuran dan proteksi.
Pada dasarnya prinsip kerja transformator arus sama dengan transformator daya. Jika pada kumparan primer mengalir arus I1, maka pada kumparan primer timbul gaya gerak magnet sebesar N1I1. Gaya gerak magnet ini memproduksi fluks pada inti, kemudian membangkitkan gaya gerak listrik (GGL) pada kumparan sekunder. Jika terminal kumparan sekunder tertutup, maka pada kumparan sekunder mengalir arus I2, arus ini menimbulkan gaya gerak magnet N1I1 pada kumparan sekunder.
Prinsip kerja trafo arus adalah sebagai berikut:
Untuk trafo yang dihubung singkat : I1N1 I2N2 (2-4)
Untuk trafo pada kondisi tidak berbeban:
2 1 2 1 N N E E
(2-5)
Dimana:
2 1
N N
a , (2-6)
2 1 I
I sehingga N1 N2, (2-7)
1
N jumlah lilitan primer, dan
2
N jumlah lilitan sekunder.
Tegangan induksi pada sisi sekunder adalah
�2 = 4,44 . B . A . f .�2 Volt (2-8)
Dimana:
B = kerapatan fluksi (tesla) A = luas penampang ( 2) f = frekuensi (Hz)
�2 = jumlah lilitan sekunder
Fungsi dari trafo arus adalah:
1. Mengkonversi besaran arus pada sistem tenaga listrik dari besaran primer menjadi besaran sekunder untuk keperluan pengukuran sistem mpengukuran dan proteksi.
2.2.1 Spesifikasi Transformer Arus
Pada penelitian ini, penulis menggunakan transformator arus tipe MSQ-30 keluaran produk Powwel. Trafo arus ini memiliki spesifikasi sebagai berikut:
1. Ratio 100/5 A, ini berarti jika pada arus primer 100A maka secara ideal pada sekunder akan terbaca 5A.
2. Burden 2VA, ini merupakan nilai daya yang mampu diemban oleh sekunder. 3. Class 1, ini merupakan nilai error pembacaan trafo. Angka yang tertulis
mengartikan bahwa nilai trafo ini tingkat kesalahannya 1% dan ini juga menandakan bahwa trafo ini digunakan sebagai trafo pengukuran.
4. 50/60 Hz, trafo ini bekerja pada frekuensi 50-60 Hz.
5. IEC 60044-1, trafo ini mengacu pada standard IEC (International Electrotechnical Commission) dengan code 60044-1.
Dalam penggunannya trafo arus dibedakan menjadi dua yaitu:
1. Trafo arus pengukuran. 2. Trafo arus proteksi.
2.2.2 Transformer Arus Sebagai Pengukuran
1. Trafo arus pengukuran untuk metering memiliki ketelitian tinggi pada daerah kerja (daerah pengenalnya) 5% - 120% arus nominalnya tergantung dari kelasnya dan tingkat kejenuhan yang relatif rendah dibandingkan trafo arus untuk proteksi.
2. Penggunaan trafo arus pengukuran untuk Amperemeter, Watt-meter,
2.2.3 Transformer Arus Sebagai proteksi
1. Trafo arus untuk proteksi, memiliki ketelitian tinggi pada saat terjadi gangguan dimana arus yang mengalir beberapa kali dari arus pengenalnya dan tingkat kejenuhan cukup tinggi.
2. Penggunaan trafo arus proteksi untuk relai arus lebih (OCR dan GFR), relai beban lebih, relai diferensial, relai daya dan relai jarak.
2.3 Klasifikasi Transformer Arus
Dalam pemakaiannya, trafo arus dibagi menjadi jenis-jenis tertentu berdasarkan syarat-syarat tertentu pula, adapun pembagaian trafo arus adalah sebagai berikut :
2.3.1 Jenis Transformer Menurut Tipe Konstruksi dan Pemasangannya
Berdasarkan lokasi pemasangannya, trafo arus dibagi menjadi dua kelompok, yaitu:
1. Trafo arus pemasangan luar ruangan (outdoor)
Gambar 2.2. Trafo Arus Pemasangan Luar Ruangan
2. Trafo arus pemasangan dalam ruangan (indoor)
Trafo arus pemasangan dalam ruangan biasanya memiliki ukuran yang lebih kecil dari pada trafo arus pemasangan luar ruangan, menggunakan isolator dari bahan resin.
Gambar 2.3. Trafo Arus Pemasangan Dalam Ruangan
2.3.2 Jenis Transformer Arus Berdasarkan Jumlah Inti
Adapun jenis trafo arus berdasarkan jumlah inti, antara lain :
1. Inti tunggal
2. Inti ganda
[image:30.595.241.432.494.661.2]Digunakan apabila sistem membutuhkan arus untuk pengukuran dan proteksi sekaligus.
Gambar 2.4. Ilustrasi Trafo Arus Inti Ganda
2.3.3 Jenis Transformer Arus Menurut Tipe Konstruksi
Jenis trafo arus menurut tipe kontruksi dan pemasangannya, sebagai berikut: 1. Tipe cincin (ring / window type).
2. Tipe cor-coran cast resin (mounded cast resin type).
[image:31.595.304.368.284.406.2]Gambar 2.6. Trafo arus tipe cast resin 3. Tipe tangki minyak (oil tank type)
Gambar 2.7. Trafo arus tipe tangki minyak
4. Tipe trafo arus bushing
Gambar 2.8. Trafo arus tipe bushing
2.3.4 Jenis Transformer Arus Berdasarkan Konstruksi Belitan Primer
[image:31.595.264.405.500.593.2]Konstruksinya mampu menahan arus hubung singkat yang cukup tinggi sehingga memiliki faktor thermis dan dinamis arus hubung singkat yang tinggi. Keburukannya, ukuran inti yang paling ekonomis diperoleh pada arus pengenal yang cukup tinggi yaitu 1000°
Gambar 2.9. Bar primary
2. Sisi tipe lilitan (wound primary)
Biasa digunakan untuk pengukuran pada arus rendah, burden yang besar, atau pengukuran yang membutuhkan ketelitian tinggi. Belitan primer tergantung pada arus primer yang akan diukur, biasanya tidak lebih dari 5 belitan. Penambahan belitan primer akan mengurangi faktor thermal dan dinamis arus hubung singkat.
2.3.5 Jenis Transformer Arus Berdasarkan Isolasi
Adapun jenis trafo arus berdasarkan isolasi, antara lain :
1. Trafo arus kering
digunakan pada pasangan dalam ruangan (indoor).
2. Trafo Arus Cast Resin & Epoksi – Resin
Trafo arus Cast Resin ini biasanya digunakan pada tegangan menengah, umumnya digunakan pada pasangan dalam ruangan (indoor). Sedangakan Trafo Epoksi – Resin biasa dipakai hingga tegangan 150KV. Memiliki kekuatan hubung singkat
[image:33.595.192.488.282.384.2]yang cukup tinggi karena semua belitan tertanam pada bahan isolasi.
Gambar 2.11. Jenis Trafo Arus dengan Isolasi Epoksi-Resin
3. Trafo Arus Isolasi minyak & minyak– kertas
Gambar 2.12. Jenis Trafo Arus dengan Isolasi Minyak-Kertas
4. Trafo Arus Isolasi SF6
Jenis trafo arus dengan isolasi koaksial biasa ditemui pada kabel, bushing trafo, atau pada rel daya berisolasi gas SF6.
Gambar 2.13. Trafo arus inti cincin dalam rel daya isolasi SF6
2.4 Komponen Elektronika
2.4.1 Resistor
Gambar 2.14. Resistor
Resistor adalah komponen elektronik dua kutub yang didesain untuk menahan arus listrik dengan memproduksi tegangan listrik di antara kedua kutubnya, nilai tegangan terhadap resistansi berbanding dengan arus yang mengalir, berdasarkan hukum Ohm,
V = I.R (2-9)
I = �
� (2-10)
Dimana:
V = Tegangan I = Arus R = Hambatan
Pada rangkaian pengkondisi sinyal, resistor digunakan sebagai menurunkan tegangan dengan rangkaian pembagi tegangan.
2.4.2 Diode
Gambar 2.16. Diode
2.4.3 Kapasitor
Gambar 2.17. Kapasitor
Komponen elektronika kali ini yang akan kita bahas adalah kapasitor.Selain kapasitor nama lainnya adalah condensator. Komponen ini seperti halnya resistor juga termasuk dalam kelompok komponen pasif, yaitu jenis komponen yang bekerja tanpa memerlukan arus panjar.
Fungsi kapasitor adalah untuk menyimpan arus/tegangan listrik. Untuk arus DC kapasitor berfungsi sebagai isulator/penahan arus listrik, sedangkan untuk arus AC berfungsi sebagai konduktor/melewatkan arus listrik. Dalam penerapannya kapasitor digunakan sebagai filter/penyaring, perata tegangan DC pada pengubah AC to DC, pembangkit gelombang ac atau oscilator.
2.4.4 Relay
Relay adalah saklar mekanik yang dikendalikan atau dikontrol secara elektronik
dikendalikan menggunakan tegangan listrik yang diberikan ke induktor pembangkit magnet untuk menrik armatur tuas saklar atau kontaktor relay. Relay yang ada dipasaran terdapat berbagai bentuk dan ukuran dengan tegangan kerja dan jumlah saklar yang bervariasi, berikut adalah salah satu bentuk relay yang ada dipasaran
Gambar 2.18 Relay elektro mekanik
Relay dibutuhkan dalam rangkaian elektronika sebagai eksekutor sekaligus
interface antara beban dan sistem kendali elektronik yang berbeda sistem power supplynya. Secara fisik antara saklar atau kontaktor dengan elektromagnet relay terpisah sehingga antara beban dan sistem kontrol terpisah.
Bagian utama relay elektro mekanik adalah sebagai berikut. 1. Kumparan elektromagnet
2. Saklar atau kontaktor 3. Swing Armatur
Gambar 2.19 Konstruksi Relay Elektro Mekanik Posisi NC
[image:39.595.222.448.87.196.2]Dari konstruksi relay elektro mekanik diatas dapat diuraikan sistem kerja atau proses relay bekerja. Pada saat elektromagnet tidak diberikan sumber tegangan maka tidak ada medan magnet yang menarik armature, sehingga skalar relay tetap terhubung ke terminal NC (Normally Close) seperti terlihat pada gambar konstruksi diatas. Kemudian pada saat elektromagnet diberikan sumber tegangan maka terdapat medan magnet yang menarik armature, sehingga saklar relay terhubung ke terminal NO (Normally Open) seperti terlihat pada gambar dibawah.
Gambar 2.20 Konstruksi Relay Elektro Mekanik Posisi NO
Relay elektro mekanik memiliki kondisi saklar atau kontaktor dalam 3 posisi.
1. Posisi Normally Open (NO), yaitu posisi saklar relay yang terhubung ke terminal NO (Normally Open). Kondisi ini akan terjadi pada saat relay mendapat tegangan sumber pada elektromagnetnya.
2. Posisi Normally Close (NC), yaitu posisi saklaar relay yang terhubung ke terminal NC (Normally Close). Kondisi ini terjadi pada saat relay tidak mendapat tegangan sumber pada elektromagnetnya.
3. Posisi Change Over (CO), yaitu kondisi perubahan armature saklar relay yang berubah dari posisi NC ke NO atau sebaliknya dari NO ke NC. Kondisi ini terjadi saat sumber tegangan diberikan ke elektromagnet atau saat sumber tegangan diputus dari elektromagnet relay.
Relay yang ada dipasaran terdapat bebarapa jenis sesuai dengan desain yang ditentukan oleh produsen relay. Dilihat dari desai saklar relay maka relay dibedakan menjadi :
1. Single Pole Single Throw (SPST), relay ini memiliki 4 terminal yaitu 2 terminal untuk masukan kumaparan elektromagnet dan 2 terminal saklar. Relay ini hanya memiliki posisi NO (Normally Open) saja.
2. Single Pole Double Throw (SPDT), relay ini memiliki 5 terminal yaitu terdiri dari 2 terminal untuk masukan kumparan elektromagnetik dan 3 terminal saklar. relay jenis ini memiliki 2 kondisi NO dan NC.
4. Double Pole Double Throw (DPDT), relay jenis ini memiliki 8 terminal yang terdiri dari 2 terminal untuk kumparan elektromagnetik dan 6 terminal untuk 2 saklar dengan 2 kondisi NC dan NO untuk masing-masing saklarnya.
Relay dapat digunakan untuk mengontrol motor AC dengan rangkaian kontrol DC
atau beban lain dengan sumber tegangan yang berbeda antara tegangan rangkaian kontrol dan tegangan beban. Diantara aplikasi relay yang dapat ditemui diantaranya adalah :
1. Relay sebagai kontrol ON/OF beban dengan sumber tegang berbeda. 2. Relay sebagai selektor atau pemilih hubungan.
3. Relay sebagai eksekutor rangkaian delay (tunda)
4. Relay sebagai protektor atau pemutus arus pada kondisi tertentu.
2.4.5 ULN 2003
[image:41.595.184.468.634.720.2]IC ULN 2003 adalah sebuah IC dengan ciri memiliki 7-bit masukan, tegangan maksimum 50 volt dan arus 500mA. IC ini termasuk jenis TTL. Di dalam IC ini terdapat transistor darlington. Transistor darlington merupakan 2 buah transistor yang dirangkai dengan konfigurasi khusus untuk mendapatkan penguatan ganda sehingga dapat menghasilkan penguatan arus yang besar.
IC ULN 2003 merupakan IC yang mempunyai 16 buah pin, pin ini berfungsi sebagai masukan, output dan pin untuk catu daya. Catu daya ini terdiri dari catu daya (+) dan ground. IC ULN 2003 biasa digunakan sebagai driver motor stepper maupun driver relay. Bentuk fisik dari IC ULN 2003 adalah sebagai berikut;
Gambar 2.22 Bentuk Fisik IC ULN 2003
Sedangkan isi dari IC ULN 2003 dan fungsi dari masing-masing pin adalah sebagai berikut:
2.4.6 LM 317
Gambar 2.24 LM 317
Regulator LM317 adalah Adjustable Regulator, artinya tegangan output dari regulator ini bisa ditentukan sesuai dengan kebutuhan. Adapun cara untuk mendapatkan tegangan output yang sesuai adalah dengan menentukan perbandingan nilai dari R1 dan R2 dengan tepat.
2.5 Tang Ampere
Gambar 2.25. Tang ampere
Pada sebuah sirkuit tertutup pada tegangan AC, disepanjang penghantar (kabel) akan terbentuk medan listrik yang besarnya sebanding dengan beban listrik tersebut. Jika semakin besar daya pada beban. Dengan kata lain semakin besar arus yang melewati penghantar semakin besar pula medan listriknya. Pada bidang teknik listrik dan elektronik, tang ampere penjepit atau saat ini adalah perangkat listrik dua rahang yang terbuka untuk memungkinkan menjepit sekitar sebuah konduktor listrik. Hal ini memungkinkan sifat arus listrik dalam konduktor yang akan diukur, tanpa harus melakukan kontak fisik dengan konduktor, atau putuskan aliranlistrik dulu baru di masukkan dengan tang ampere. Tang ampere kini biasanya digunakan untuk membaca besarnya arus sinusoidal (seperti selalu digunakan dalam sistem tenaga listrik arus bolak-balik (AC) distribusi), tetapi dalam hubungannya dengan instrumentasi lebih maju fase dan gelombang yang tersedia. Saat arus balik tinggi (1000 A dan lebih)yang mudah di baca dengan meter yang sesuai arus langsung, dan arus AC sangat rendah (milli ampere) lebih sulit untuk di ukur.
2.6 Mikrokontroler ATmega32
Mikrokontroler ATmega32 adalah mikrokontroler 8-bit keluaran Atmel dari keluarga AVR. Pihak Atmel menyatakan bahwa AVR bukanlah sebuah akronim atau singkatan dari suatu kalimat tertentu, perancang arsitektur AVR, Alf-Egil Bogen dan Vegard Wollan tidak memberikan jawaban yang pasti tentang singkatan AVR ini
Mikrokontroler ini dirancang berdasarkan arsitektur AVR RISC (Reduced Instruction Set Computer) yang mengeksekusi satu instruksi dalam satu siklus
clock sehingga dapat mencapai eksekusi instruksi sebesar 1 MIPS (Million Instruction Per Second) setiap 1 MHZ frekuensi clock yang digunakan
mikrokontroler tersebut.
AVR Atmega32 merupakan sebuah mikrokontroler low power CMOS 8 bit berdasarkan arsitektur AVR RISC. Mikrokontroler ini memiliki karakteristik sebagai berikut.
1. Menggunakan arsitektur AVR RISC 2. 131 perintah dengan satu clock cycle 3. 32 x 8 register umum
4. Data dan program memori
5. 32 Kb In-System Programmable Flash 6. 2 Kb SRAM
10. USART Serial Communication 11. Master/Slave SPI Serial Interface 12. On-Chip Oscillator
13. Watch-dog Timer 32 Bi-directional I/O 14. Tegangan operasi 2,7 – 5,5 V
[image:46.595.230.439.451.677.2]Arsitektur AVR ini menggabungkan perintah secara efektif dengan 32 register umum. Semua register tersebut langsung terhubung dengan Arithmetic Logic Unit (ALU) yang memungkinkan 2 register terpisah diproses dengan satu perintah tunggal dalam satu clock cycle. Hal ini menghasilkan kode yang efektif dan kecepatan prosesnya 10 kali lebih cepat dari pada mikrokontroler CISC biasa. Berikut adalah blok diagram Mikrokontroler AVR ATmega32.
Secara fungsional konfigurasi pin ATMega32 adalah sebagai berikut: 1. Port A (PA7 – PA0)
Port A adalah 8-bit port I/O yang bersifat bi-directional dan setiap pin memiliki internal pull-up resistor. Output buffer port A dapat mengalirkan arus sebesar 20
[image:48.595.112.343.363.676.2]mA. Ketika port A digunakan sebagai masukan dan di pull-up secara langsung, maka port A akan mengeluarkan arus jika internal pull-up resistor diaktifkan. Pin-pin dari port A memiliki fungsi khusus yaitu dapat berfungsi sebagai channel ADC (Analog to Digital Converter) sebesar 10 bit. Fungsi-fungsi khusus pin-pin port A dapat ditabelkan seperti yang tertera pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Fungsi khusus port A Port Alternate Function
PA7 ADC7 (ADC masukan channel 7)
PA6 ADC6 (ADC masukan channel 6)
PA5 ADC5 (ADC masukan channel 5)
PA4 ADC4 (ADC masukan channel 4)
PA3 ADC3 (ADC masukan channel 3)
PA2 ADC2 (ADC masukan channel 2)
PA1 ADC1 (ADC masukan channel 1)
2. Port B (PB7 – PB0)
[image:49.595.113.449.311.661.2]Port B adalah 8-bit port I/O yang bersifat bi-directional dan setiap pin mengandung internal pull-up resistor. Output buffer port B dapat mengalirkan arus sebesar 20 mA. Ketika port B digunakan sebagai masukan dan di pull-down secara external, port B akan mengalirkan arus jika internal pull-up resistor diaktifkan. Fungsi-fungsi khusus pin-pin port B dapat ditabelkan seperti yang tertera pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2. Fungsi khusus port B Port Alternate Function
PB7 SCK (SPI Bus Serial Clock)
PB6 MISO (SPI Bus Master Masukan/Slave Output) PB6 MOSI (SPI Bus Master Output/Slave Masukan)
PB5 SS (SPI Slave Select Masukan)
PB3
AIN1 (Analog Comparator Negative Masukan)
OCO (Timer/Counter0 Output Compare Match Output)
PB2
AIN0 (Analog Comparator Positive Masukan) INT2 (External Interrupt 2 Masukan)
PB1 T1 (Timer/Counter1 External Counter Masukan)
PB0
3. Port C (PC7 – PC0)
Port C adalah 8-bit port I/O yang berfungsi bi-directional dan setiap pin memiliki internal pull-up resistor. Output buffer port C dapat mengalirkan arus sebesar 20
[image:50.595.119.427.310.579.2]mA. Ketika port C digunakan sebagai masukan dan di pull-down secara langsung, maka port C akan mengeluarkan arus jika internal pull-up resistor diaktifkan. Fungsi-fungsi khusus pin-pin port C dapat ditabelkan seperti yang tertera pada tabel 2.3.
Tabel 2.3. Fungsi khusus port C Port Alternate Function
PC7 TOSC2 (Timer Oscillator Pin 2) PC6 TOSC1 (Timer Oscillator Pin 1) PC6 TD1 (JTAG Test Data In)
PC5 TD0 (JTAG Test Data Out) PC3 TMS (JTAG Test Mode Select) PC2 TCK (JTAG Test Clock)
PC1 SDA (Two-wire Serial Bus Data input/Output Line) PC0 SCL (Two-wire Serial Bus Clock Line)
4. Port D (PD7 – PD0)
Port D adalah 8-bit port I/O yang berfungsi bi-directional dan setiap pin memiliki internal pull-up resistor. Output buffer port D dapat mengalirkan arus sebesar 20
Fungsi-fungsi khusus pin-pin port D dapat ditabelkan seperti yang tertera pada tabel 2.4.
Tabel 2.4. Fungsi khusus port D Port Alternate Function
PD7 OC2 (Timer / Counter2 Output Compare Match Output)
PD6 ICP1 (Timer/Counter1 input Capture Pin)
PD6 OCIB (Timer/Counter1 Output Compare B Match Output)
PD5 TD0 (JTAG Test Data Out)
PD3 INT1 (External Interrupt 1 input)
PD2 INT0 (External Interrupt 0 input)
PD1 TXD (USART Output Pin)
PD0 RXD (USART Masukan Pin)
2.7 LCD 2x16
Gambar 2.28 LCD 2x16
menampilkan sebuah informasi dari sebuah pengukuran data sensor, menu pengaturan instrument, ataupun yang lainnya dengan konsumsi daya rendah.
[image:52.595.141.505.274.601.2]ATMega32 juga didukung dengan penampil LCD, LCD ini berfungsi untuk menampilkan nilai atau perintah-perintah yang ditulis pada kode program. Dengan LCD ini perintah-perintah yang diberikan akan mudah dibaca baik benar atau salah.
2.8 Sakelar Pemutus Tenaga (PMT)
Gambar 2.30 Circuit Breaker
Circuit Breaker atau Sakelar Pemutus Tenaga (PMT) adalah suatu peralatan
pemutus rangkaian listrik pada suatu sistem tenaga listrik, yang mampu untuk membuka dan menutup rangkaian listrik pada semua kondisi, termasuk arus hubung singkat, sesuai dengan ratingnya. Juga pada kondisi tegangan yang normal ataupun tidak normal.
Fungsi utama pemutus tenaga adalah harus dapat membuka (memutus arus) dan menutup rangkaian (mengalirkan arus). Di dalam memilih satu pemutus tenaga harus memenuhi beberapa persyaratan, diantaranya, yaitu:
1. Pemutus tenaga harus mampu mengalirkan arus nominal secara kontinyu untuk waktu yang tidak terbatas.
terjadi, dan secepatnya bersifat sebagi isolasi sesuai dengan waktu tunda maksimum.
3. Pemutus tenaga harus mampu memutuskan dengan aman pada situasi kerja arus nominal, dan terbuka secara otomatis pada kondisi arus hubung singkat atau pada beban lebih.
4. Pemutus tenaga harus mampu menahan akibat yang ditimbulkan oleh busur api listrik pada sela kontak.
5. Kontak -kontak dan suatu pemutus tenaga harus mampu membuka, apabila di dalam rangkaian (system) terjadi gangguan.
6. Pemutus tenaga harus mampu tidak beroperasi dalam kondisi yang dapat merusak alat tersebut.
7. Pemutus tenaga harus dapat memutuskan arus yang sangat kecil, misalnya arus magnetisasi transformator atau saluran yang sifatnya induktif atau kapasitif.
2.9 Konfigurasi Sistem pembangkit tenaga Hybrid
dalam keadaan yang tidak menentu, misalnya dalam keadaan hujan berangin, meskipun sel surya tidak dapat berfungsi tetapi kincir angin dan mikrohydro masih dapat berfungsi untuk menghasilkan energi listrik, begitupun sebaliknya.namun, jika hanya berbasis satu energi akan mengalami gangguan ketika cuaca tidak sesuai dengan teknologi energi yang digunakan.
2.10 Regresi Linier
Aplikasi dalam regresi linier sederhana
Jika, data dari dua variable riset sudah di ketahui mana variable bebas X (independen) dan variable terikat Y (dependen), maka perhitungan atau prediksi
nilai-nilai Y yang lain dapat dilakukan berdasarkan suatu nilai X tertentu. Langkah penyelesaiannya dijelaskan dibawah ini. Untuk memudahkan pembaca. Rumus:
Y = a + b X
(2-11)
Di mana: Y = Variabel tidak bebas X = Variabel bebas
a = nilai intercept (konstan) b = koefisien arah regresi Harga a dihitung dengan rumus:
a
= ∑ ∑� − ∑ ∑
∑ � −(∑ )�
(2-12)
Harga b dihitung dengan rumus:
b =
∑ − ∑ (∑ )∑ � −(∑ )�
(2-13)
2.11 Galat (Error)
Angka digit digunakan untuk menangani hampiran (aprogsimasi) yang berkaitan dengan manipulasi bilangan. Angka digit dikembangkan secara formal menandakan keadalan suatu nilai numerik. Angka digit ( significant digits) angka yang dapat digunakan dengan pasti.Galat numerik timbul karena penggunaan hampiran(aprogsimasi) untuk menya-takan operasi atau besaran matematis yang eksak.Hubungan nilai eksak (sejati / sebenar-nya) dengan nilai pendekatannya (aprogsimasi) dapat dirumuskan sebagai berikut.
atau
Et = Nilai sejati – Aprogsimasi (2-15)
Dimana Et , menunjukkan nilai eksak dari galat dan t menyatakan galat sejati (
true error). Kelemahan rumus (2-15) tingkat besaran nilai yang diperiksa
tidak diperhatikan, oleh karenanya perlu menormalkan galat terhadap nilai sejatinya.
Menormalkan galat terhadap nilai sejati :
Galat relatif pecahan = galat/ nilai sejati, atau Galat relatif dikalikan 100 persen yaitu :
t = [( galat sejati)/ nilai sejati] x 100% (2-16)
t menunjukkan prosentase galat relatif yang sejati
Dalam masalah rekayasa nilai eksak (true value) tidak diketahui oleh karenanya perlu adanya alternatif lain untuk menentukan galat yaitu perlunya penormalan galat dengan nilai pendekatannya. Menormalkan galat terhadap nilai pendekatan (aprogsimasi)
a= [( galat pendekatan)/ nilai pendekatan] x 100% (2-17)
indek a menunjukkan bahwa galat dinormalkan terhadap nilai pendekatan.Untuk menentukan taksiran galat (error ) tanpa mengetahui nilai sejati, penentuan galat dilakukan secara berulang atau secara iterasi. Sedangkan persentase galat relatif dirumuskan rumus sbb :
��=�� �� �−�� �� �
III. METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian dan perancangan tugas akhir dilakukan di Laboratorium Terpadu Teknik Elektro Universitas Lampung (khususnya Laboratorium teknik digital) dan mulai dilaksanakan bulan November 2013 dan selesai pada bulan Mei 2014.
3.2 Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam melakukan penelitian dan pembuatan tugas akhir ini terdiri dari berbagai instrumen, komponen elektronika, peralatan dan bahan kerja, serta perangkat lunak, diantaranya yaitu :
A.Instrumen
1. Multimeter Digital New Kyoritsu 1009 2. Multimeter Digital Sanwa CD 800a
B.Komponen
1. Tranformer Tegangan
3. LCD 16x2 4. ULN 2003 5. Resistor 6. Kapasitor 7. Transformer 8. Relay 9. Dioda 10. Led 11. LM 317
12. IC Mikrokontroler ATMega32
C.Peralatan Kerja
1. Komputer 2. Stavol
3. PC Power supply
4. Downloader ASP
5. Papan projek (Project Board) 6. Bor PCB
7. Solder
D.Bahan-Bahan
1. Papan plastik mika (Accrilyc) 2. PCB
4. Timah 5. Busbar 6. Kabel
3.3 Tahap – Tahap Dalam Pembuatan Tugas Akhir
Dalam perancangan Alatini dilakukan tahap-tahap perancangan sebagai berikut : 1. Studi literatur
Studi literatur dilakukan untuk mendapatkan pengetahuan yang mendukung tentang penulisan tugas akhir ini, antara lain :
a. Prinsip kerja dan karakteristik Current Transformer. b. Kalibrasi pengukuran arus dengan Current Transformer. c. Rangkaian penyearah tegangan.
d. Prinsip kerja rangkaian pemutus.
e. Bahasa pemrograman yang digunakan dalam mikrokontroller ATmega32. f. Karakteristik dan aplikasi-aplikasi mikrokontrollerATmega32.
Studi literatur dilakukan dengan cara mencari dan mempelajari bahan-bahan ajar dan internet.
2. Perancangan blok diagram sistem
Perancangan blok diagram ini dilakukan dengan tujuan untuk mempermudah dalam realisasi sistem yang akan dibuat.
a. Menentukan rangkaian dari masing-masing blok diagram yang ada. b. Memilih komponen yang sesuai untuk rangkaian penyearah tegangan. c. Memilih komponen yang sesuai dengan rangkaian pemutus.
d. Merangkai dan melakukan pengujian terhadap rangkaian yang telah dibuat pada masing-masing blok diagram.
e. Membuat program menggunakan bahasa Pemrograman dan kemudian memasukkannya dalam sebuah mikrokontrollerATmega32.
f. Menggabungkan rangkaian per blok yang telah diuji pada sebuah papan percobaan (project board), melakukan pengujian ulang setelah dilakukan penggabungan rangkaian.
g. Merangkai semua rangkaian yang telah dibuat dan dinyatakan berhasil ke dalam sebuah PCB.
4. Uji coba proteksiarus lebih
Pad uji coba ini dilakukan untuk mengetahui tingkat keberhasilan dari alat yang telah dibuat. Adapun pengujian dilakukan secara perbagian serta secara keseluruhan untuk menentukan tingkat keberhasilan kontroller ini. Adapun hal-hal yang diuji cobakan sebagai berikut:
a. Rangkaian penyearah b. Pembacaan ADC
c. Formula kalibrasi dalam program ADC. d. Interfacing LCD 16x2
e. Pembacaan arus pada masing-masing Current Transformer.
5. Analisis dan kesimpulan
Analisis dilakukan dengan cara membandingkan hasil dari Proteksi Arus Lebih ini baik perblok diagram maupun secara keseluruhan.
6. Pembuatan laporan
STAR
KONSEP PERANCANGAN
STUDI LITERATUR
PEARANCANGAN HARDWARE
REALISASI PERANCANGAN
HARDWARE
HARDWARE BERKERJA
PEMBUATAN PROGRAM
PEMROGRAMAN PADA
MIKROKONTROLER
PROGRAM BEKERJA
PENGUJIAN ALAT
SISTEM BERKERJA
END YA
[image:63.595.171.457.83.699.2]YA YA
3.4 Spesifikasi Rancangan Alat
Spesifikasi dari alat yang dibuat pada penilitian ini adalah sebagai berikut:
a. Pembacaan arus menggunakan transformator arus indoor dengan spesifikasi tipe MSQ-30, ratio 100A/5A, class 1, burden 2VA.
b. Aksi pemutusan ke baban menggunakan Driver ULN2003 Relay.
c. Karakteristik komponen-komponen elektronika yang akan digunakan serta prinsip kerjanya.
d. Konversi data analog to digital dari Current Transformer menggunakan mikrokontroller ATMega32.
e. Data konversi di tampilkan pada LCD 2x16.
3.5 Blok Diagram Rangkaian
Untuk mempermudah dalam perancangan, maka rangkaian dipisahkan berdasarkan fungsinya. Berikut ini adalah blok diagram rangkaiannya :
MIKROKONTROLER
SENSOR ARUS SENSOR
TEGANGAN GENERATOR
CURRENT TRANFORMATOR
LCD RANGKAIAN
[image:64.595.114.515.497.691.2]PEMUTUS
Blok diagram diatas merupakan alur dari sistem pembacaan dan interface data melalui LCD 2x16. Pada sistem, sensor tegangan akan memberikan nilai input pada ADC (Analog Digital Converter). Pada program data mikrokontroller dirancang dalam beberapa perubahan nilai tegangan supaya dapat mengetahui tegangan, yang mensuplai pada beban konsumen. terdapat Current Tranformer sebagai Devider arus yang akan diukur. Kemudian keluaran tegangan dari sisi sekunder di serikan dengan pengkodisian sinyal. Pengkodisian sinyal ini merupakan tegangan DC yang diatur besar tegangannya dengan pembagi tegangan yang disuplai dengan tegangan sebesar 5VDC. Setelah melewati pengkondisian sinyal, kemudian tegangan dimasukkan ke ADC (Analog Digital Converter) pada mikrokontroller dan mikrokontrloller ini akan mengolah data analog menjadi data digital dan kemudian di tampilkan melalui LCD 2x16.
3.6 Perancangan Protoptype Proteksi arus lebih
Pada perancangan Prototipe Arus lebih, ada beberapa hal yang harus di rancang antara lain:
1. Pembuatan Sensor tegangan
[image:65.595.131.492.587.689.2]Pada perancangan sensor tegangan sebagai komponen inputan mikrokontroller maka dibuat dengan menggunakan step down transformer. Tegangan AC yang akan diukur diturunkan terlebih dahulu dengan trafo, disearahkan, dan difilter agar menjadi tegangan DC sehingga dapat menjadi acuan pembacaan pada mikrokontroler dengan nilai tegangan maksimum 5VDC.
Karena pada tegangan output trafo adalah 5Vac pada input 400 Vac maka
dilakukan teknik penyearah untuk mendapatkan tegangan DC yaitu dengan rangkaian rangkaian bridge rectifier. Setelah didapat tegangan DC 5V maka tegangan tersebut turunkan dengan pembagi tegangan sehingga di dapatkan tegangan yang aman untuk masukan mikrokontroler. Dengan perhitungan pembagi tegangan sebagai berikut:
Vout =
�2�1+�2
���
(3-1)
[image:66.595.131.494.493.650.2]2. Pembuatan Sensor Arus
Gambar 3.4 Rangkaian pengkondisi sinyal keluaran CT
tegangan tersebut mewakili nilai arus yang terbaca oleh CT. Dengan output berupa tegangan AC 0,05V/1A sehingga dibutuhkan pengkondisi sinyal untuk dapat diolah oleh mikrokontroler ATmega32.
3. Rangkaian Driver Relay
[image:67.595.133.487.283.593.2]Rangkaian Driver Relay dipergunakan untuk menghidupkan atau mematikan beban Konsumen.
Gambar 3.5. Rangkaian Driver Relay
adanya trigger dari mikrokontroller dengan logika 1 atau 0 supaya rangkaian dapat berkerja.
4. Interface LCD 2x16
[image:68.595.123.507.284.561.2]Untuk menampilkan nilai arus pada masing-masing Current Transformer, arus total dan tegangan menggunakan LCD 2x16. Untuk pengolahannya menggunakan mikrokontroller ATmega32, berikut rangkaiannya:
Gambar 3.6. Rangkaian mikrokontroller ke LCD 2x16.
Pada tahap ini , data nilai arus ,nilai tegangan dan arus total ditampilkan melalui LCD 2x16. Untuk menampilkan ke LCD 2x16, dilakukan pengollahan program pada mikrokontroller ATmega32. Berikut cuplikan program Interface LCD 2x16:
#include <util/delay.h> #include <stdio.h>
#define LCD_PORT PORTB
#define HIGH_NIBBLE
#define LCD_RS_PORT PORTB
#define LCD_RS_DDR DDRB
#define RS 0
#define LCD_E_PORT PORTB
#define LCD_E_DDR DDRB
#define E 1
void LCD_putstr (char *s) ;
void lcd_init (void);
void goto_xy (uint8_t row,uint8_t column); void clrscr (void);
void LCD_putcharX(char c);
5. Konversi ADC (Analog Digital Converter)
[image:69.595.193.469.411.661.2]Keluaran pada masing-masing pengkondisi sinyal akan diubah menjadi digital melalui ADC (Analog Digital Converter) menggunakan mikrokontroller ATmega32. Dapat di lihat pada gambar rangkaian berikut ini:
Gambar 3.7 Analog Digital Konverter
diubah ke data digital. Berikut ini cuplikan program konversi ADC (Analog Digital Converter):
#include <avr/io.h>
//--- setting ADC ---//
float read_ct_1() {
ADMUX = 0b01000000; ADCSRA = 0x84; ADCSRA |=(1<<ADSC); loop_until_bit_is_set(ADCSRA,ADIF); ADCSRA |=(1<<ADIF); return (ADCW); } float read_volt_sensor() {
ADMUX = 0b01000100; ADCSRA = 0x84; ADCSRA |=(1<<ADSC); loop_until_bit_is_set(ADCSRA,ADIF); ADCSRA |=(1<<ADIF); return (ADCW); } float read_ct_2() {
ADMUX = 0b01000001; ADCSRA = 0x84; ADCSRA |=(1<<ADSC);
loop_until_bit_is_set(ADCSRA,ADIF); ADCSRA |=(1<<ADIF);
return (ADCW); }
6. Perangkat lunak
Selain perancangan pada hardware, untuk menjalankan perintah-perintah pada mikrokontroller tentunya membutuhkan sebuah perangkat lunak. Perangkat lunak yang digunakan adalah AVR studio 4, perangkat lunak yang direncanakan untuk mikrokontroler ATmega32 mempunyai fungsi sebagai berikut:
1. Menerima masukan dari sensor tegangan
3. Memproses sinyal masukan dari sensor arus yang kemudian diproses sesuai dengan logaritma yang diperintahkan sehinga menghasilkan aksi untuk menjadikan masukan kepada rangkaian pengendali driver relay untuk beroperasi.
4. sensor arus, sensor tegangan dan jumlah arus total yang kemudian di tampilkan ke dalam LCD 16x2.
3.7 Metode Pengujian dan Kalibrasi
Dalam metode pengujian dan kalibrasi yang digunakan yaitu mengacu pada ampere meter digital. Dengan tujuan diadakan pengujian dan kalibrasi hal ini di lakukan supaya keakuratan antara alat yang dibuat dengan alat yang sudah ada yaitu ampere meter digital.
3.7.1 Metode %Error
Dalam metode %Error yang digunakan yaitu mengacu pada Regresi Linier dan Statistika Perhitungan Nilai Error. Dengan tujuan diadakan metode %Error hal ini dilakukan supaya hasil yang diinginkan akurat.
Error = � � � ������ � −�� �
Tabel 3.1 Rencana pengujian pembacaan tegangan
No ADC Tegangan
DC
Tegangan Alat
Tegangan Multimeter
Digital
Tabel 3.2. Rencana pengujian pembacaan Arus Current Transformer 1
No Vsumber I multimeter digital Ialat Aksi %Error
Tabel 3.3. Rencana pengujian pembacaan Arus Current Transformer 2
No Vsumber I multimeter digital Ialat Aksi %Error
Rata-rata % error
Tabel 3.1 Rencana pengujian pembacaan Arus Current Tranformer 1, Current Transformer 2 dan Arus total
V. SIMPULAN DAN SARAN
5.1
Simpulan
Berdasarkan hasil dari Prototype Proteksi Arus Lebih Menggunakan Current Transformer Berbasis Mikrokontroller ATmega32 dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Proteksi Arus Lebih yang dibangun dapat memutus saluran apabila terjadi kelebihan pemakaian beban dan hubung singkat, dapat menghubungkan kembali apabila arus di bawah batas maksimal.
2. Pada tampilan(Display) alat terdapat tampilkan nilai arus dan tegangan terukur dari pemakaian beban.
3. Pada alat ini penggunaan beban di batasi maksimal 4 ampere pada masing-masing Current Transformer (CT).
5.2
Saran
Berdasarkan pengalaman selama berlangsungnya pernacangan dan pengujian Prototype Proteksi Arus Lebih Menggunakan Current Transformer Berbasis Mikrokontroller ATmega32, terdapat beberapa saran sebagai berikut:
1. Pada penelitian selanjutnya diharapkan dapat menambah penggunaan data logger, supaya dapat menghitung komsumsi energi yang terpakai. 2. Pada penelitian selanjutnya dapat dikembangkan untuk konfigurasi
DAFTAR PUSTAKA
[1] Arismunandar, A., Taknik Tegangan Tinggi, Pradnya Paramita, Jakarta, 1984 [2] Ir. Djiteng Marsudi. Operasi Sistem Tenaga Listrik, Balai Penerbit Humas ISTN
BHumi Srengseng Indah 8 Juni 1990
[3] Gunawan, hanapi. Prinsip-prinsip Elektronika, jilid kedua, Jakarta :PT, Gelora Aksara Pratama, 1992.
[4] Permata, Diah. Analisis Rangkaian Elektrik. Jilid satu, Bandar lampung : Universitas Lampung, 2011.
[5] Winoto, Ardi. 2009. Mikrokontroller AVR dan pemrogramannya dengan bahasa C pada Win AVR, Informatika. Bandung.
[6] DR.ir Harinaldi.M.Eng.Prinsip-prinsip Statisti untuk Teknik dan Sains.Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Indonesia.
[7] http://Fungsi Trafo Arus | Mesin Listrik ~ Infokita Bersama (diakses tgl. 23 Juli jam 16.20 WIB)
[8] http://dunia-listrik.blogspot.com/2008/10/circuit-breaker-sakelar-pemutus. (diakses tgl. 3 Juli jam 08.25 WIB)
Nama Mahasiswa
Nmor Pokok Mahasisq,a
Prcgram Studi
Fakuhas
MIKROKONTROI,I,ER ATMD,GA32
{tucprq96o
09r5031085
.MENYEruJTII
, . . t
- _ \ _ r l
Ek*
\
- Jk'
s"..i cu"-ii;st
, *t
-..'".""{-fl
RahrrioF.T.l['T'
NIP 19710810 lh3 I 003--'"-'T[FI966OZI3 lw't' w2
2- Ketu Jurusan Teknik Eleho
' Agus TrisNnto, Ph-D.
NtP 19680809 19903 I 001
Teknik Elelfio
1. TimPenguji
Ketua
Seketaris
Penguji
Bukan Pembimbing
: Herri Gusmedi,S.T.,M.T.
: Ydliarto Raharjo,S.T.JU.T.
$?r
&
M/,;
2.- Dekan Fakulias Teknik Universitas Lampung
. . . .
Dengan ini saya rnenyatakan bahwa dalam skipsi ini tidak terdapat karya yang
pemah dilakukan oleh orang lain dan sepanjang sepengetahum saya tidak terdapat
karyaa tau pendapat yang ditulis atau dite$itkan oleh olang lain, kecuali secara
terhrlis diacu dalam naskah ini sebagaimana yang disebutkan di dalam daftar
pustaka. Selain itu saya menyatakan pula bahwa skripsi ini dibuat oleh saya
sendiri.
Apabila pemyataan saya tidak benar, maka saya bersedia dikenai sanksi sesuai
dengan hukum yang berlaku.
. . .P+{+ !gn*s' 18
Agustus
2014
