Monitoring Secara Online Temperatur Transformator Distribusi Menggunakan Layanan Pesan Singkat (SMS)
Noer Soedjarwanto1) Osea Zebua2)
1) Jurusan Teknik Elektro, Universitas Lampung
Jl. Prof. Sumantri Brojonegoro No.1 Bandar Lampung 35145 Indonesia email : [email protected]
2) Jurusan Teknik Elektro, Universitas Lampung
Jl. Prof. Sumantri Brojonegoro No.1 Bandar Lampung 35145 Indonesia email : [email protected]
ABSTRACT
Distribution transformer is important equipment in electrical power system network. Monitoring transformer condition before fault occurs can prevent loss in service and also reduce high cost repairing. Online transformer monitoring and diagnostics using conventional technologies are having their own limitations. GSM technology is open and relatively low cost and can be a solution for remote monitoring. This paper proposed a design of equipment for monitoring distribution transformer temperature using short message service (SMS) based on microcontroller ATMega8535. The equipment had been tested in real condition with satisfactory results.
Keywords
Distribution transformer, temperature, short message service (SMS), microcontroller.
1. Pendahuluan
Transformator distribusi adalah bagian yang sangat penting di dalam penyaluran energi listrik kepada konsumen. Dengan meningkatnya penambahan beban listrik, maka transformator distribusi diharapkan mampu bekerja secara andal dan kontinyu. Berbagai gangguan dapat terjadi pada transformator distribusi dan dapat mempengaruhi kinerja transformator distribusi. Oleh karena itu, monitoring terhadap kondisi operasi dan kinerja dari transformator distribusi secara online sangat dibutuhkan untuk mencegah sekaligus menghindarkan kegagalan operasi dari transformator distribusi.
Beberapa metode dan sistem monitoring kondisi operasi transformator distribusi telah diusulkan pada beberapa penelitian sebelumnya. Sistem SCADA, yang
memakai remote terminal unit (RTU) dan komunikasi sinyal melalui kabel listrik (power line carrier), digunakan untuk mengetahui kondisi secara online transformator daya di gardu induk [1]-[2]. Otomasi Sistem Distribusi yang diusulkan pada [3] juga menggunakan fasilitas RTU dan sistem SCADA untuk memonitor transformator daya dan peralatan lainnya yang ada di gardu induk. Biaya yang sangat besar dibutuhkan untuk pelaksanaan sistem-sistem tersebut dan hanya terbatas pada monitoring kondisi transformator distribusi di gardu induk.
Perkembangan teknologi komunikasi tanpa kabel (wireless) sangat menarik perhatian karena mampu melakukan transfer data dan suara secara bersama-sama.
Teknologi tanpa kabel yang berbasis GSM (Global Service Mobile) dan Internet sudah digunakan untuk pengukuran dan kontrol jarak jauh transformator distribusi yang berada di gardu induk [4]-[5].
Transformator distribusi yang lokasinya jauh dari gardu induk sering tidak mendapat pengawasan secara online, karena jumlahnya banyak dan lokasinya yang tersebar dengan jarak yang bervariasi dari gardu induk.
Sehingga kondisi real-time operasi setiap transformator tidak dapat diketahui. Petugas atau operator biasanya hanya melakukan pengukuran dan pengecekan sekali dalam satu hari.
Salah satu penyebab kerusakan pada transformator distribusi adalah temperatur transformator itu sendiri.
Penyebab kenaikan temperatur ini adalah pembebanan lebih dan tidak seimbang dengan durasi waktu yang lama, merusak isolasi belitan transformator dan lebih lanjut mengakibatkan kerusakan transformator secara total. Oleh karena itu, informasi secara online tentang kondisi operasi transformator distribusi sangat diperlukan untuk meminimalkan kerugian yang terjadi jika transformator distribusi tersebut rusak.
Informasi secara online dari kondisi operasi transformator distribusi yang jumlahnya banyak tentu membutuhkan biaya yang sangat besar. Dengan adanya teknologi komunikasi GSM, maka biaya pengiriman data informasi yang online dari transformator distribusi dapat diminimalkan.
Makalah ini mengusulkan desain suatu peralatan monitoring temperatur transformator distribusi secara online dengan menggunakan layanan pesan singkat (short message service/SMS) yang merupakan salah satu fitur dari teknologi GSM. Dengan menggunakan mikrokontroler ATMega 8535, pengaturan pengiriman dapat dilakukan secara online.
2. Tinjauan Pustaka
Transformator distribusi terdiri dari sekumpulan belitan di sekitar inti magnetnya. Belitan diisolasi satu sama lainnya dan juga diisolasi terhadap inti magnet.
Selain itu, minyak yang dicelupkan ke dalamnya (liquid- immersed) berfungsi sebagai isolasi tambahan dan juga sebagai bahan pendingin.
Pembebanan lebih dan tidak seimbang mengakibatkan arus yang mengalir pada belitan transformator menjadi lebih besar. Jika hal ini terjadi dalam waktu yang lama, akan mengakibatkan pemanasan lebih pada belitan transformator dan seterusnya dapat mengakibatkan kegagalan isolasi belitan. Jika isolasi mengalami kegagalan, maka kerusakan transformator tidak dapat dihindari [6]-[7].
Informasi temperatur dari transformator distribusi pada kondisi operasi yang real-time ini sangat diperlukan untuk menghindarkan gangguan yang lebih lanjut pada transformator. Namun jumlah transformator distribusi yang begitu besar dan lokasinya yang tersebar membutuhkan biaya yang besar jika dilakukan monitoring secara online.
Teknologi berbasis GSM menjadi solusi yang menarik untuk komunikasi pada area yang luas. Pengiriman data berupa suara maupun data teks dapat dilakukan dengan cepat. Selain itu, penyedia layanan komunikasi selular telah menyiapkan teknologi GSM tersebut. Salah satu fitur yang menarik dan relatif lebih murah dari teknologi GSM adalah metode pengiriman data dengan menggunakan layanan pesan singkat (SMS). Peralatan komunikasi berbasis GSM untuk mengirimkan data, seperti modem GSM dan handphone pun mudah didapat dengan biaya yang murah.
Komunikasi melalui SMS didukung dengan modul GSM AT(Attention)-Command. Mode komunikasi dari pesan SMS ini terdiri dari tiga jenis, yakni mode blok, mode teks dan mode Protocol Data Unit (PDU). Beberapa penggunaan dari AT Command ditunjukkan pada tabel I di bawah ini.
Tabel 1 Penggunaan AT Command
Perintah Keterangan
AT+CMGF Memilih format pesan SMS
AT+CMGS Mengirim pesan SMS
AT+CMGR Membaca pesan SMS
AT+CMGD Menghapus pesan SMS
AT+CMGL Memeriksa pesan SMS
Pengiriman data temperatur transformator distribusi melalui peralatan komunikasi dapat dilakukan secara otomatis dengan menggunakan mikrokontroler [8].
Mikrokontroler yang dapat diprogram memungkinkan data yang dikirim hanya dalam interval waktu tertentu, data yang dikirim hanya memenuhi seleksi tertentu saja atau data dapat disimpan ke dalam disk.
3. Desain Peralatan Monitoring Temperatur Transformator Distribusi Berbasis Mikrokontroler.
Blok diagram desain peralatan monitoring temperatur trasnformator distribusi ditunjukkan pada gambar 1 di bawah ini.
Gambar 1 Blok Diagram Perancangan
Desain perancangan ini terdiri dari transformator distribusi, sensor temperatur, konverter analog ke digital (ADC), mikrokontroler ATMega8535, tampilan LCD (LCD display), modem GSM, handphone dan peralatan alarm (peringatan).
Sensor temperatur yang mengukur temperatur transformator dihubungkan ke konverter analog ke digital.
Keluaran digital dari konverter dikirimkan ke mikrokontroler, dan kemudian secara bersamaan dikirimkan ke tampilan LCD dan modem GSM.
Mikrokontroler mengatur waktu pengiriman data digital melalui modem GSM secara otomatis. Dengan menggunakan fitur AT-Command, SMS dikirimkan ke handphone dalam bentuk data teks.
Sistem peringatan dibuat untuk mengirim informasi dalam bentuk bunyi atau suara dan dikontrol melalui mikrokontroler. Bila temperatur melewati batas seting yang dibuat, maka alarm akan berbunyi di ruang operator.
Bagian-bagian dari perancangan peralatan monitoring ini diberikan sebagai berikut:
3.1. Sensor Temperatur
Sensor temperatur yang digunakan pada perancangan ini adalah sensor temperatur LM35DZ. Sensor ini mendeteksi setiap perubahan temperatur. Setiap perubahan temperatur 10C akan menghasilkan tegangan output 10 mV. Sensor temperatur ini dapat dilekatkan pada objek yang akan diukur dan juga dapat ditanam pada permukaan.
Namun jika ditanam pada permukaan akan mengurangi sensitivitasnya sampai 0.010C.
3.2. Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah suatu peralatan elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus Mikrokontroler yang digunakan pada perancangan ini adalah tipe ATmega8535. Mikrokontroler ini memiliki fitur yang cukup lengkap, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2 di bawah ini. Fitur-fitur yang dimiliki oleh mikrokontrol ini antara lain, mempunyai input/output (I/O) sebanyak 32 buah, masing-masing untuk ADC (analog to digital converter), timer/counter, CPU (central processing unit), RAM (random access memory), EEPROM, terminal antarmuka (port interface), komparator dan lain-lain [9].
Gambar 2 Mikrokontroller ATMEGA8535.
3.3. Konverter Analog ke Digital
Konverter analog ke digital pada perancangan ini mempunyai kapasitas akuisisi data sebesar 8 bit. Terdiri dari tiga bagian: jaringan ladder, register dan komparator.
3.4. Modem GSM
Modem GSM adalah jenis perangkat yang dapat menerima kartu SIM (SIM card) dan beroperasi dengan berlangganan ke operator selular, sama seperti telepon seluler atau handphone. Pada perancangan ini modem yang digunakan adalah Wavecome Fastrack M1206B. Modem ini dihubungkan ke mikrokontroler melalui konektor DB9 dan DB15. Frekuensi transmisi data adalah 900/1200 MHz dengan panjang antenna sekitar 90 mm.
3.5. Rele Penggerak
Rele penggerak digunakan sebagai saklar elektronik yang dapat membuka dan menutup rangkaian. Pada perancangan ini rele penggerak digunakan untuk sebagai saklar rangkaian alarm. Jika data temperatur melebihi seting, maka mikrokontroler akan memerintahkan rele penggerak untuk bekerja menghidupkan alarm.
4. Pembuatan Prototipe Peralatan
Berdasarkan blok diagram perancangan peralatan pada gambar 1, maka skema rangkaian monitoring temperatur yang akan dilekatkan pada transformator distribusi ditunjukkan pada gambar 3 dan prototipe hasil perancangannya ditunjukkan pada gambar 4 di bawah ini.
Gambar 3 Skema rangkaian monitoring temperatur Skema rangkaian sistem alarm peringatan temperatur ditunjukkan pada gambar 5 dan prototipe hasil perancangannya ditunjukkan pada gambar 6.
Gambar 4 Prototipe model rangkaian gambar 3
Gambar 5 Skema rangkaian alarm
Gambar 6 Prototipe model rangkaian gambar 5
5. Hasil Pengujian dan Analisis
Beberapa pengujian dilakukan untuk menunjukkan keefektifan prototipe rangkaian. Pengujian pertama adalah pengujian pengiriman SMS dengan menggunakan SIM Card dari beberapa penyedia jasa layanan telekomunikasi seluler di Indonesia. Pengujian dilakukan untuk mengetahui sebaik apakah modem dapat bekerja untuk mengirimkan SMS. Hasilnya ditunjukkan pada tabel 2 di bawah ini.
Hasil pengujian menunjukkan semua operator layanan telekomunikasi seluler di Indonesia dapat digunakan untuk mengirimkan pesan SMS dan modem yang digunakan dapat bekerja dengan baik. Namun waktu pengiriman sebuah pesan berkisar 3 sampai 6 detik.
Tabel 2 Pengujian SMS dengan beberapa nomor kartu SIM Waktu
kirim Teks yang
dikirim Nomor
kartu SIM Waktu
terima Teks yang diterima 10.00 Uji SMS 08975753675 10.05 Uji SMS 10.10 Uji SMS 085669661861 10.14 Uji SMS 10.20 Uji SMS 085279862471 10.26 Uji SMS 10.30 Uji SMS 081379060691 10.33 Uji SMS
Pengujian rangkaian alarm dilakukan untuk beberapa nomor kartu SIM dan hasilnya ditunjukkan pada tabel 3 di bawah ini. Pada pengujian ini, nomor kartu SIM layanan alarm adalah 08975753675, sedangkan karakter pesan SMS adalah TRAFO A.
Tabel 3 Pengujian Alarm dengan SMS
No. Nomor kartu SIM Karakter Pesan
SMS Kondisi Alarm
1 08975753675 TRAFO A Berbunyi
TESTING Diam
2 085669661861 TRAFO A Diam
TESTING Diam
3 085279862471 TRAFO A Diam
TESTING Diam
4 081379060691 TRAFO A Diam
TESTING Diam
Bersama dengan pengujian ini, hanya data temperatur yang melebihi nilai setingnya dikirimkan ke handphone operator. Format pesan SMS yang terkirim ke handphone operator ditunjukkan pada gambar 7 di bawah ini.
Pengujian rangkaian alarm menunjukkan bahwa alarm hanya bisa berbunyi, bila temperatur yang diukur oleh sensor sudah melebihi batas setingnya. Rangkaian juga hanya bisa berbunyi jika menggunakan nomor kartu SIM yang sudah ditentukan dan ditulis pada memori mikrokontroler.
Gambar 7 Format pesan SMS yang diterima
Pengujian untuk mengukur temperatur transformator distribusi dilakukan dengan menempelkan sensor temperatur pada bagian luar transformator distribusi 20 kV. Data temperatur yang dikirimkan adalah setiap 1 menit, artinya mikrokontroler telah diprogram hanya menampilkan data temperatur pada tampilan LCD dan mengirimkannya melalui modem GSM setiap 1 menit sekali. Jika data temperatur tidak melebihi nilai seting temperatur, maka mikrokontroler akan menyimpan data tersebut ke dalam harddisk. Jika data temperatur melebihi nilai seting, maka data tersebut dikirimkan ke handphone sekaligus membuat alarm peringatan akan berbunyi.
Pengukuran temperatur transformator distribusi juga dilakukan dengan menggunakan termometer yang nantinya akan digunakan sebagai perbandingan. Hasil pengukuran selama 1 jam, mulai jam 9 sampai dengan jam 10 pagi hari, ditunjukkan pada gambar 8 di bawah ini.
Gambar 8 Hasil pengukuran temperatur transformator distribusi Hasil pengukuran menunjukkan adanya perbedaan antara hasil yang diperoleh dengan menggunakan peralatan dengan hasil yang diperoleh dengan menggunakan thermometer. Adanya perbedaan disebabkan data yang direkam tidak menyimpan data dalam bentuk pecahan desimal, tetapi selalu disimpan dalam bentuk bilangan bulat. Program komputer yang ditulis pada mikrokontroler tidak menampilkan hasil dalam bentuk bilangan pecahan.
Program komputer yang ditulis pada mikrokontroler ATmega8535 menggunakan bahasa pemrograman C [10].
6. KESIMPULAN DAN SARAN 6.1. Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini adalah : 1. Prototipe peralatan pengukur temperatur dengan
menggunakan layanan pesan singkat (SMS) berbasis mikrokontroler yang diusulkan ini mampu mengukur temperatur transformator distribusi secara online.
2. Prototipe peralatan pengukur temperatur yang diusulkan ini dapat menjadi solusi yang berbiaya murah dan andal untuk monitoring kondisi transformator distribusi yang jumlahnya banyak dan lokasinya jauh dan tersebar.
6.2 Saran
Perlunya memonitoring secara online besaran-besaran lain dari transformator distribusi pada keadaan beroperasi, seperti arus beban, level minyak transformator, tegangan kerja, pembebanan, dengan menggunakan layanan pesan singkat (SMS).
REFERENSI
[1] L. Rubin, S. Bricker, T. Gonen, 2001, “Substation Automation Technologies and Advantages”, IEEE Transaction on Power Delivery, pp.489-.
[2] H.J. Lee, Y.M. Park, 1996, “A Restoration Aid Expert System for Distribution Substations”, IEEE Transaction on Power Delivery, vol.11, pp.1765-1769.
[3] L. Boquete, I. Bravo, 2003, “Telemetry and Control System With GSM Communication”, Microprocessor and Microsystems, Vol.27, pp.1-8.
[4] Abdul-Rahman Al-Ali, Abdul Khaliq, 2003, “GSM-based distribution transformer monitoring system”, Proceedings of the 12th IEEE Mediterranean, Vol.3, pp.999-1002, May 12- [5] S. Pettisalo, W.E. Kozlowski, H. Lyskawa, T. Kantecki, 15.
2003, “WIMO – Remote Monitoring System for Transformer Substation”, 6th National Science and Technology Conference on Diagnostics of Industrial Processes, Wladyslawowo, Poland.
[6] A. Kazemi, C. Labuschagne, 2005, “Protecting Power Transformers From Common Adverse Conditions”, Ga- Tech and the Western Protective Relay Conferences, New Berlin.
[7] B. Cahyono, A. Pharmatrisanti, Y.Tamsir, R. Siregar, 2008,
“Thermal Monitoring on Power Transformers”, International Conference on Condition Monitoring and Diagnosis (CMD), pp.482-484.
[8] S. Mohamadi, A. Akbari, 2012, “A new method for monitoring of distribution transformers”, 11th International Conference on Environment and Electrical Engineering, pp.632-636.
[9] Atmel Corporation, 2006, “AVR ATMega 8535 Datasheet”.
[10] A. Heriyanto M, S.T., Wisnu Adi P, 2008, “Pemrograman Bahasa C Untuk Mikrokontroler ATMEGA8535”.
Received date 2016-10-01, Revised date 2016-10-28, Accepted date 2016-10-31 DOI : 10.20449/jnte.v5i3.325
RANCANG BANGUN ALAT MONITORING KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN PADA JARINGAN TEGANGAN MENENGAH
Osea Zebua*, Angga Hidson Setiawan, Noer Soedjarwanto, Jemi Anggara, Abdul Haris
Jurusan Teknik Elektro, Universitas Lampung*Corresponding author, e-mail : [email protected]
Abstrak— Ketidakseimbangan beban merupakan gangguan yang dapat merusak transformator daya di jaringan tegangan menengah. Ketidakseimbangan beban atau ketidakseimbangan arus yang besar menyebabkan pemanasan pada belitan transformator dan menyebabkan kerusakan fatal bila berlangsung pada waktu yang lama. Salah satu cara untuk mencegah kerusakan ini adalah dengan memonitoring persentase ketidakseimbangan beban atau ketidakseimbangan arus di jaringan tegangan menengah.
Makalah ini menyajikan perancangan dan pembuatan alat monitoring ketidakseimbangan beban pada jaringan tegangan menengah. Mikrokontroler Arduino digunakan sebagai pengendali utama. Sensor arus dan sensor tegangan digunakan untuk memperoleh data arus dan tegangan setiap saat. Hasil monitoring ketidakseimbangan beban yang melebihi nilai yang sudah ditentukan dikirim ke sistem peringatan dan handphone. Hasil pengujian pada sisi sekunder transformator daya menunjukkan bahwa peralatan dapat memonitoring ketidakseimbangan beban (arus) dengan perbedaan maksimum 0,17%, ketidakseimbangan tegangan dengan perbedaan maksimum 0,033% dan arus netral dengan perbedaan maksimum 3,29A dibandingkan dengan nilai-nilai sebenarnya. Alat monitoring juga mampu mengirimkan data arus ke sistem peringatan bunyi dan ke handphone bila persentase ketidakseimbangan beban (arus) melebihi nilai yang sudah ditentukan, yakni 30%.
Kata Kunci : ketidakseimbangan beban, monitoring, jaringan tegangan menengah, transformator daya
Abstract - Load unbalance is a fault that can damage power transformers in medium voltage networks.
The larger load or current unbalance cause heating at the transformer winding and can cause fatal damage if it occurs in a long time. One way to prevent this damage is by monitoring the percentage of load unbalance or current unbalance in medium voltage network. This paper presents the design of load unbalance monitoring equipment on medium voltage networks. Arduino microcontroller is used as the main controller.
Current sensors and voltage sensors are used to obtain the data of current and voltage at any time. The load unbalance monitoring result that exceeds the setting value is sent to a warning systems and mobile phones.
The test results on the secondary side of the power transformer showed that the equipment can monitor load (current) unbalance with a maximum difference of 0.17%, voltage unbalance with maximum difference of 0.033% and neutral current with maximum difference of 3.29A compared to the actual values. The monitoring equipment is also capable of sending data to sound warning system and to the mobile phone when the percentage of load (current) unbalance exceeds the setting value, i.e. 30%.
.
Keywords : load unbalance,monitoring, medium voltage network, power transformer
Copyright © 2016 JNTE. All rights reserved 1. PENDAHULUAN
Energi listrik merupakan energi yang sangat dibutuhkan oleh manusia pada saat sekarang ini.
Pendistribusian energi listrik dilakukan dengan berbagai peralatan listrik termasuk di antaranya transformator, kabel dan berbagai peralatan switching yang terdapat di gardu induk, gardu distribusi dan gardu hubung. Pada jaringan tegangan menengah, transformator daya memegang peranan penting dalam pendistribusian tenaga listrik. Oleh karena
banyaknya gangguan yang terjadi pada operasi sistem tenaga listrik setiap saat, maka biasanya peralatan-peralatan utama termasuk transformator daya mempunyai peralatan proteksi terhadap gangguan.
Gangguan-gangguan internal dan eksternal pada transformator daya biasanya telah diproteksi dengan berbagai peralatan proteksi yang terpasang pada transformator dan di jaringan tegangan menengah. Salah satu jenis gangguan yang biasanya di luar zona proteksi dari peralatan-peralatan proteksi adalah
406 Jurnal Nasional Teknik Elektro
ketidakseimbangan beban. Beban-beban yangterhubung pada setiap fasa dari jaringan tegangan menengah biasanya tidak sama besarnya setiap saat, sehingga tegangan dan arus pada setiap fasa berbeda.
Bila perbedaan arus yang mengalir sangat besar, maka akan mengalir arus yang cukup besar pada kawat netral, bila menggunakan sistem empat kawat atau akan mengalir arus pada kawat tanah (ground) bila menggunakan sistem tiga kawat yang ditanahkan. Hal ini mengakibatkan transformator daya mengalami pemanasan lebih dan kemudian dapat memicu terjadinya kenaikan temperatur pada sistem isolasi di transformator. Selanjutnya hal ini akan memicu kegagalan isolasi transformator daya dan biasanya kegagalan isolasi sifatnya lama baru diketahui. Bila isolasi gagal untuk memproteksi konduktor maka dapat menyebabkan kerusakan transformator daya dan tentu mengganggu kontinuitas pendistribusian daya listrik. Kejadian ini biasanya tidak dapat dapat dipantau dan kadang-kadang disebut dengan gangguan yang tidak dapat diperkirakan [1].
Oleh karena itu peralatan yang mendeteksi ketidakseimbangan beban yang besar sangat dibutuhkan untuk memastikan bahwa transformator dapat bekerja secara kontinyu dalam pendistribusian daya pada jaringan tegangan menengah. Hal ini dibutuhkan oleh operator yang bekerja di gardu induk untuk mengambil langkah bila ketidakseimbangan beban yang besar terjadi dalam waktu yang lama.
Peralatan deteksi ketidakseimbangan beban yang besar pada jaringan tegangan menengah sangat dibutuhkan untuk mendeteksi sekaligus memonitoring besar persentase ketidakseimbangan yang terjadi pada jaringan tegangan menengah atau pada sisi sekunder transformator daya.
Makalah ini menyajikan desain dan pembuatan peralatan monitoring ketidakseimbangan beban berbasis mikrokontroler yang dapat memonitoring persentase ketidakseimbangan beban dan mengirimkan data bila terjadi persentase ketidakseimbangan beban yang melebihi nilai yang ditentukan ke sistem peringatan dengan bunyi dan pesan singkat ke handphone.
2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Ketidakseimbangan Beban
Beban-beban yang terhubung pada setiap fasa pada setiap waktu di jaringan tegangan menengah selalu tidak sama besarnya.
Ketidakseimbangan beban ini akan mengakibatkan tegangan fasa ke fasa dan arus yang mengalir pada setiap fasa juga tidak sama besarnya.
Ketidakseimbangan beban biasanya dinyatakan dengan ketidakseimbangan arus.
Besar persentase ketidakseimbangan beban atau ketidakseimbangan arus, UI dinyatakan dengan [2]:
% fasa 100 arus rata - rata Nilai
fasa arus
Deviasi
I
U (1)
atau bila dinyatakan dalam nilai arus fasa, maka:
%
100
avg
avg T avg S avg R
I I
I I I I I I
U (2)
dimana IR,IS,IT masing-masing adalah nilai rms dari arus fasa R, fasa S dan fasa T, dan Iavg adalah nilai arus rata-rata yang besarnya:
3
T S R avg
I I
I I (3)
Persamaan (2) juga dapat dinyatakan dengan:
% 3 100
1 1
1
a b c
UI (4)
dimana,
avg R
I
a I (5)
avg S
I
b I (6)
avg T
I
c I (7)
Koefisien a, b, dan c masing-masing menyatakan perbandingan nilai arus fasa R, arus fasa S dan arus fasa T terhadap nilai arus fasa rata-rata. Pada kondisi seimbang, nilai arus rata- rata sama dengan nilai arus setiap fasa dan besarnya koefisien a, b dan c adalah 1.
Besar persentase ketidakseimbangan tegangan yang terjadi pada saat
Jurnal Nasional Teknik Elektro 407
ketidakseimbangan beban dinyatakan dengan:% fasa 100 ke fasa tegangan rata
- rata Nilai
fasa ke fasa tegangan
Deviasi
V
U (8)
Bila dinyatakan dalam tegangan fasa ke fasa (tegangan line), maka:
%
100
avg
avg TR avg ST avg RS
V V
V V V V V V
U (9)
dimana VRS,VST,VTR masing-masing adalah tegangan antara fasa R dan fasa S, antara fasa S dan fasa T dan antara fasa T dan fasa R dan Vavg adalah tegangan fasa ke fasa rata-rata yang besarnya:
3
TS ST RS avg
V V
V V
(10)
Persamaan (9) juga dapat dinyatakan dengan:
% 3 100
1 1
1
d e f
UV (11)
dimana,
avg RS
V
d V (12)
avg ST
V
eV (13)
avg TR
V
f V (14)
koefisien d, e dan f masing-masing menyatakan perbandingan tegangan fasa R, fasa S dan fasa T terhadap tegangan rata-rata.
Nilai maksimum persentase ketidakseimbangan tegangan pada jaringan tegangan menengah yang diperbolehkan adalah 2% [3,4]. Tidak ada standar nilai maksimum persentase ketidakseimbangan arus yang dapat menyebabkan ketidakseimbangan tegangan melebihi 2%, sehingga nilai ini biasanya ditentukan secara tersendiri.
Pada transformator daya dengan hubungan belitan segitiga-bintang dengan netral (Dyn) atau bintang-bintang dengan netral (YnYn) biasanya mempunyai konduktor netral terhubung dengan tanah (ground) melalui tahanan pentanahan.
Ketidakseimbangan beban mengakibatkan mengalirnya arus pada konduktor netral (IN) [5], yang besarnya:
3
2 2
b j c c a b I
IN avg (15)
2.2. Mikrokontroler Arduino
Mikrokontroler Arduino adalah suatu prosesor kecil yang mempunyai memori untuk pemrograman dan dilengkapi dengan pin-pin masukan dan keluaran serta fitur-fitur lainnya.
Pengendalian dilakukan dengan pemrograman yang ditulis pada EEPROM.
Mikrokontroler Arduino berbentuk papan (board) memiliki 14 pin digital masukan dan keluaran (dimana 6 pin dapat digunakan sebagai keluaran PWM), 6 pin analog (ADC), 16 MHz osilator kristal, tombol reset. Suplai daya untuk mengaktifkan mikrokontroler Arduino ini dapat diperoleh dari sumber daya arus searah seperti baterai, power bank ataupun hasil penyearahan sumber daya arus bolak-balik (AC).
Mikrokontroler Arduino telah digunakan untuk berbagai kebutuhan pengendalian dan automatisasi [6].
3. METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Perancangan Alat
Desain peralatan monitoring ketidakseimbangan beban pada jaringan tegangan menengah dijelaskan dengan blok diagram seperti ditunjukkan pada Gambar 1.
SENSOR ARUS DAN TEGANGAN
SENSOR ARUS DAN TEGANGAN
SENSOR ARUS DAN TEGANGAN
SENSOR ARUS DAN TEGANGAN
SENSOR ARUS DAN TEGANGAN
SENSOR ARUS DAN TEGANGAN
MIKROKONTROLER MIKROKONTROLER FASA R
FASA S
FASA T
PERALATAN PERINGATAN (ALARM) PERALATAN PERINGATAN (ALARM)
PERALATAN PENERIMA DATA
TANPA KABEL PERALATAN PENERIMA DATA
TANPA KABEL
Gambar 1. Blok Diagram Perancangan Alat Nilai arus dan tegangan setiap fasa diperoleh dengan menggunakan sensor arus dan sensor tegangan. Data arus dan tegangan digunakan untuk menghitung persentase ketidakseimbangan beban (ketidakseimbangan arus), persentase ketidakseimbangan tegangan dan arus pada konduktor netral. Data persentase ketidakseimbangan beban akan dikirimkan ke
408 Jurnal Nasional Teknik Elektro
peralatan peringatan yang menggunakan alarmdan peralatan penerima data tanpa kabel yakni handphone, bila persentase ketidakseimbangan melampaui nilai yang sudah ditetapkan.
3.2. Pembuatan Alat
Peralatan-peralatan utama yang digunakan pada pembuatan alat monitoring ketidakseimbangan beban untuk jaringan tegangan menengah ini antara lain sensor arus, sensor tegangan, mikrokontroler Arduino, buzzer, GSM shield dan LCD (Liquid Crystal Device).
Sensor arus yang digunakan adalah sensor arus SCT 013-030. Sensor arus ini hanya dapat bekerja untuk kabel dengan arus satu arah dan dapat bekerja pada arus masukan sampai 30A.
Rangkaian sensor arus untuk pembacaan arus setiap fasa ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Rangkaian Sensor Arus Sensor tegangan yang digunakan adalah sensor ZMPT107 dengan tegangan masukan 0- 1000V dan tegangan keluaran 0-5V. bekerja pada arus 0-3mA. Rangkaian sensor tegangan yang terhubung dengan mikrokontroler Arduino ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Rangkaian Sensor Tegangan Mikrokontroler yang digunakan adalah mikrokontroler Arduino Uno berbasis mikrokontroler ATMega328. Pin-pin analog sebanyak enam pin dihubungkan dengan keluaran dari sensor arus dan sensor tegangan.
Sementara pin-pin digital keluaran digunakan
untuk mengirimkan data ke sistem peringatan, pengiriman data ke handphone dan tampilan ke LCD, seperti ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4. Rangkaian Mikrokontroler Buzzer digunakan untuk sistem peringatan (alarm) bila terdapat persen ketidakseimbangan arus dan tegangan serta arus netral yang melebihi nilai yang sudah ditentukan. Terminal buzzer dihubungkan langsung ke pin keluaran digital dari mikrokontroler Arduino tanpa menambahkan rangkaian tambahan disebabkan buzzer yang digunakan memakai daya yang kecil, seperti ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5. Rangkaian Buzzer
GSM shield digunakan untuk mengirimkan data berupa pesan singkat (short message) ke handphone bila terdapat persentase ketidakseimbangan yang melebihi nilai yang ditentukan. GSM shield yang digunakan adalah modul IcomSat v1.1-SIM900. Data yang dikirim adalah data arus setiap fasa dan arus netral.
Rangkaian sederhana dari GSM shield yang terhubung dengan mikrokontroler ditunjukkan pada Gambar 6.
Gambar 6. Rangkaian GSM Shield
Jurnal Nasional Teknik Elektro 409
LCD digunakan untuk menampilkan data danrangkaiannya ditunjukkan pada Gambar 7.
Gambar 7. Rangkaian LCD 3.3. Perancangan Perangkat Lunak
Perangkat lunak (program komputer) ditulis dengan menggunakan bahasa pemrograman C.
Perancangan perangkat lunak disesuaikan dengan bagan alir pemrograman yang ditunjukkan pada Gambar 8. Nilai seting untuk persentase ketidakseimbangan arus adalah sebesar 30%, nilai seting untuk persentase ketidakseimbangan tegangan adalah 2% dan nilai seting arus netral adalah 60A [7].
Penulisan program ke mikrokontroler Arduino dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak Arduino IDE.
MULAI MULAI
BACA DATA TEGANGAN DAN ARUS SETIAP FASA BACA DATA TEGANGAN DAN ARUS SETIAP FASA
HITUNG TEGANGAN DAN ARUS RATA-RATA DAN
KOEFISIEN a,b,c,d,e,f HITUNG TEGANGAN DAN
ARUS RATA-RATA DAN KOEFISIEN a,b,c,d,e,f
HITUNG PERSENTASE KETIDAKSEIMBANGAN TEGANGAN
(Uv) DAN ARUS (Ui) DAN HITUNG ARUS NETRAL (In) HITUNG PERSENTASE KETIDAKSEIMBANGAN TEGANGAN
(Uv) DAN ARUS (Ui) DAN HITUNG ARUS NETRAL (In)
Uv>2% atau Ui>30% atau In>60A?
Uv>2% atau Ui>30% atau In>60A?
T=1T=1
T=T+1 T=T+1
TIDAK
SIMPAN DATA KE MEMORI CARD SIMPAN DATA KE
MEMORI CARD
SELESAI SELESAI
KIRIM DATA KE HANDPHONE DAN
SISTEM ALARM KIRIM DATA KE HANDPHONE DAN
SISTEM ALARM YA
Gambar 8. Bagan Alir Pemrograman
3.4. Pengujian
Pengujian peralatan dilakukan dengan menggunakan simulasi rangkaian tiga fasa dengan rangkaian yang terhubung dengan lampu untuk melihat efektifitas peralatan.
Pengujian juga dilakukan secara langsung di jaringan tegangan menengah dengan menempatkan peralatan pada kubikel di ruang kontrol gardu induk New Tarahan, Lampung.
Pengukuran arus dan tegangan pada kubikel merepresentasikan pengukuran arus dan tegangan pada sisi sekunder transformator daya.
Spesifikasi transformator daya adalah 30 MVA, 150kV/20kV, 115A/492-866A dengan hubungan belitan Ynyn0d5. Sisi sekunder transformator daya titik netralnya dihubungkan ke tanah melalui resistansi pentanahan 40 ohm seperti ditunjukkan pada Gambar 9.
20 kV NGR 40 ohm G PAUWELS (TRAFO 2)
30 MVA, 150KV/20KV 115A/492-866A 12,56%, ONAN/ONAF
OLTC, Ynyn0d5
2 x PT 20/3 / 0,1/3 KV
3 x CT 1000-2000 /5-5-5 A
150 kV
Gambar 9. Diagram Rangkaian Transformator Daya
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar 10. Diagram Skema Rangkaian Alat
410 Jurnal Nasional Teknik Elektro
Diagram skematik rangkaian alat monitoringketidakseimbangan beban ditunjukkan pada Gambar 10 dan bentuk fisik alat monitoring ditunjukkan pada Gambar 11.
Gambar 11. Alat Monitoring Ketidakseimbangan Beban
4.1. Hasil Pengujian
Pengujian dilakukan dengan menggunakan rangkaian tiga fasa seperti ditunjukkan pada Gambar 12.
Gambar 12. Rangkaian Pengujian dengan Beban Lampu
Setiap fasa dihubungkan dengan beban lampu pijar dan pengujian dilakukan dengan menyalakan dan mematikan lampu secara bergantian serta mengganti lampu dengan daya yang berbeda. Hasil pengujian ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Hasil Pengujian Dengan Beban Lampu
No.
Beban Fasa (W)
Arus Fasa (A)
Tegangan Fasa ke Fasa (V) R S T R S T R-S S-T T-R 1 100 100 100 0,42 0,42 0,42 380 380 380 2 60 100 100 0,26 0,42 0,42 380 380 380 3 0 60 100 0 0,26 0,42 379 380 380 4 60 0 100 0,26 0 0,42 380 379 380 5 100 60 0 0,42 0,26 0 379 380 380
Persentase ketidakseimbangan beban (ketidakseimbangan arus), ketidakseimbangan tegangan dan arus netral berdasarkan hasil perhitungan dan pengujian ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 2. Perbandingan Persentase
Ketidakseimbangan dan Arus Netral
No.
Ketidakseimbangan Beban (Arus) (%)
Ketidakseimbangan Tegangan (%)
Arus Netral Hasil
Pengukuran Hasil Perhitungan
Hasil Pengukuran
Hasil Perhitungan
Hasil Perhitungan
1 0 0 0 0 0
2 19,4 19,39 0 0 0,16
3 66,7 66,67 0,12 0,12 0,367 4 66,7 66,67 0,12 0,12 0,367 5 66,7 66,67 0,12 0,12 0,367
Tampilan pada handphone pada pengujian dengan beban lampu yang melebihi persentase ketidakseimbangan arus ditunjukkan pada Gambar 13.
Gambar 13. Tampilan Data di Handphone Pengiriman data arus fasa dan arus netral ke handphone memerlukan waktu tertentu, pada Gambar 8 lamanya pengiriman data adalah sekitar 4 menit. Lamanya waktu pengiriman data dipengaruhi oleh kekuatan sinyal dari jaringan telekomunikasi di tempat pengujian.
Pengujian juga dilakukan pada sisi sekunder transformator daya dengan mengambil titik pengukuran pada kubikel di ruang kontrol gardu induk New Tarahan, Lampung. Data tegangan fasa, arus fasa dan arus pada konduktor netral pada salah satu penyulang yang disuplai oleh transformator daya dengan hubungan belitan YnYn diambil setiap 1 menit selama 1 jam. Proses pengambilan data ditunjukkan pada Gambar 14 dan hasil pengujian pengukuran arus dengan alat yang dibuat dan alat ukur milik PLN ditunjukkan pada Gambar 15.
Jurnal Nasional Teknik Elektro 411
Gambar 14. Pengujian Pada KubikelGambar 15. Hasil Pengujian Pengukuran Arus Pengujian untuk mengukur arus dan tegangan baik dengan menggunakan alat hasil rancangan dan pengukuran menggunakan alat ukur yang dimiliki oleh PLN mulai dilakukan pada malam hari antara pukul 20.35 sampai pukul 21.35. Perbandingan antara arus setiap fasa hasil pengukuran menggunakan alat monitoring dan alat ukur PLN ditunjukkan pada Gambar 16, 17 dan 18.
Hasil perhitungan arus fasa rata-rata yang diperoleh dari pengukuran dengan menggunakan alat monitoring dan alat ukur milik PLN ditunjukkan pada Gambar 19.
Gambar 16. Hasil Pengukuran Arus Fasa R
Gambar 17. Hasil Pengukuran Arus Fasa S
Gambar 18. Hasil Pengukuran Arus Fasa T
Gambar 19. Hasil Perhitungan Arus Fasa Rata-rata Hasil perhitungan arus netral dengan menggunakan alat monitoring dan hasil pengukuran dengan menggunakan alat ukur PLN ditunjukkan pada Gambar 20.
Gambar 20. Perbandingan Arus Netral Hasil perhitungan persentase ketidakseimbangan beban (arus) dengan menggunakan alat monitoring dan alat ukur PLN ditunjukkan pada Gambar 21.
412 Jurnal Nasional Teknik Elektro
Gambar 21. Persentase KetidakseimbanganBeban (Arus)
Hasil pengukuran arus fasa dan perhitungan arus netral dan persentase ketidakseimbangan arus dengan menggunakan alat yang dibuat memberikan hasil berbeda dengan hasil pengukuran dengan menggunakan alat ukur milik PLN. Perbedaan maksimum selama pengukuran arus fasa adalah sebesar 3,96A sehingga juga mempengaruhi perbedaan persentase ketidakseimbangan arus dan perbedaan arus netral. Hal ini kemungkinan disebabkan adanya induksi antara kabel telanjang yang menghubungkan bagian-bagian pada alat yang letaknya sangat berdekatan.
Selama pengujian dilakukan tidak ada data yang dikirimkan ke sistem peringatan dan ke handphone, hal ini disebabkan persentase ketidakseimbangan arus yang diperoleh tidak melebihi 30%.
Perbedaan maksimum arus netral yang dihitung oleh alat dengan arus netral yang diukur oleh alat ukur milik PLN adalah 3,29A.
Perbedaan persentase ketidakseimbangan arus maksimum yang diperoleh adalah 0,17%.
Hasil pengukuran tegangan fasa ke fasa dan hasil perhitungan tegangan fasa ke fasa rata-rata dengan menggunakan alat yang dibuat dan alat ukur milik PLN masing-masing pada Gambar 22, 23, 24 dan 25.
Gambar 22. Hasil Pengukuran Tegangan Line VRS
Gambar 23. Hasil Pengukuran Tegangan Line VST
Gambar 24. Hasil Pengukuran Tegangan Line VTR
Gambar 25. Hasil Pengukuran Tegangan Line Rata-rata
Hasil perhitungan persentase ketidakseimbangan tegangan dari data yang diperoleh dengan menggunakan alat yang dibuat dan alat ukur milik PLN ditunjukkan pada Gambar 26.
Gambar 26. Persentase Ketidakseimbangan Tegangan
Jurnal Nasional Teknik Elektro 413
Perbedaan maksimum tegangan fasa ke fasayang diukur dengan menggunakan alat yang dibuat dan tegangan fasa ke fasa yang diukur menggunakan alat ukur milik PLN adalah 0,01 kV atau sekitar 0,05%. Sementara perbedaan maksimum persentase ketidakseimbangan tegangan yang dihitung oleh kedua alat ukur adalah 0,033%. Sehingga selama pengujian sistem alarm tidak berbunyi dan tidak ada data yang dikirimkan ke handphone.
5. KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini adalah:
1. Peralatan monitoring ketidakseimbangan beban yang dibuat dapat mengukur ketidakseimbangan beban, ketidakseimbangan tegangan dan menghitung arus netral dengan perbedaan maksimum 0,033% untuk ketidakseimbangan tegangan, 0,17% untuk ketidakseimbangan beban (arus) dan 3,96A untuk arus netral jika dibandingkan dengan nilai sebenarnya.
2. Peralatan monitoring dapat mengirimkan data ke handphone dan membunyikan sistem peringatan bila terjadi persentase ketidakseimbangan yang melebihi nilai yang sudah ditentukan.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Salustiano, R., Neto, E., and Martinez, M., The Unbalanced Load Cost on Transformer Losses at A Distribution System, 22nd International Conference on Electricity Distribution, pp.1-3, (2013).
[2] Motors and Generators, Nema Standards Publications No.MG-1, (1993).
[3] Wang, Y.J., and Yang, M.J., Probabilistic Modeling of Three-Phase Voltage Unbalanced Caused by Load Fluctuations, IEEE PES Winter Meeting, pp.2588-2593, (2000).
[4] von Jouanne, A., and Banerjee, B., Assessment of Voltage Unbalance, IEEE Transaction on Power Delivery, vol. 16, no.4, pp.782-790, (2015).
[5] Kolagar, A. D., Hamedani, P., and Shoulaie, A., The Effects of Transformer Connection Type on Voltage and Current Unbalance Propagation, 3rd Power Electronics and Drive Systems
Technology Conference, pp.308-314, (2012).
[6] Kurnianto, D., Hadi, A.M. dan Wahyudi, E., Perancangan Sistem Kendali Otomatis Pada Smart Home Menggunakan Modul Arduino Uno, Jurnal Nasional Teknik Elektro, vol. 5, no.2, hal.260-270, (2016).
[7] PT. PLN (Persero) P3B SUMATERA, Pedoman O dan M Transformator Tenaga, (2014).
Biodata Penulis
Osea Zebua, lahir di Medan tanggal 9 Juni 1970.
Menamatkan pendidikan S1 di Jurusan Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara tahun 1995 dan pendidikan S2 di Jurusan Teknik Elektro Universitas Gadjah Mada tahun 2001.
Angga Hidson Setiawan, lahir di Bandar Lampung tanggal 15 Juni 1988. Menamatkan pendidikan S1 di Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung tahun 2016
Noer Soedjarwanto, lahir di Surabaya tanggal 14 November 1963. Menamatkan pendidikan S1 di Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember tahun 1991 dan pendidikan S2 di Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Bandung tahun 2001.
Jemi Anggara, lahir di Muara Dua, Sumatera Selatan tanggal 25 November 1987.
Menamatkan pendidikan S1 di Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung tahun 2016 Abdul Haris, lahir di Pematang Siantar tanggal 1 Agustus 1963. Menamatkan pendidikan S1 di Jurusan Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara tahun 1989 dan pendidikan S2 di Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Bandung tahun 1996.
Monitoring Stabilitas Tegangan Pada Jaringan Distribusi Tegangan Rendah
Osea Zebua1, Noer Soedjarwanto2
1,2Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung
Bandar Lampung
Jemi Anggara3 P.T. Tanggamus Electric Power
Kabupaten Tanggamus [email protected]
Abstrak—Banyak kerusakan yang terjadi pada peralatan- peralatan listrik di jaringan distribusi tegangan rendah disebabkan oleh ketidakstabilan tegangan. Oleh sebab itu monitoring stabilitas tegangan mutlak diperlukan untuk mengantisipasi hal ini. Makalah ini menyajikan sistem monitoring stabilitas tegangan pada jaringan distribusi tegangan rendah. Peralatan monitoring dibuat menggunakan mikrokontroler Arduino sebagai pemrosesan data pengukuran dari sensor tegangan dan menampilkan data hasil monitoring stabilitas tegangan ke layar LCD dan indikator lampu led. Hasil pengujian selama 25 menit pada panel listrik tiga fasa menunjukkan bahwa alat monitoring mampu memonitoring kondisi stabilitas tegangan pada setiap fasa secara online dan dinamis. Hasil monitoring menunjukkan bahwa fasa R mengalami gangguan stabilitas tegangan berupa tegangan kurang dengan durasi yang lama sehingga mengalami gangguan stabilitas tegangan yang lebih lama dibandingkan dengan fasa S dan fasa T.
Kata kunci—monitoring; stabilitas tegangan; jaringan distribusi tegangan rendah.
I. PENDAHULUAN
Berbagai jenis operasi dan gangguan yang terjadi pada jaringan distribusi tegangan rendah dapat menyebabkan nilai tegangan menjadi berubah setiap saat. Bahkan nilainya dapat berada di luar batas-batas operasi yang telah ditentukan atau menuju kondisi ketidakstabilan tegangan. Jarak yang jauh antara pengguna listrik dengan transformator distribusi semakin meningkatkan resiko terjadinya kondisi ketidakstabilan tegangan akibat drop tegangan.
Tegangan yang tidak stabil dapat menyebabkan permasalahan pada peralatan-peralatan listrik yang terhubung pada jaringan distribusi tegangan rendah. Peralatan-peralatan listrik tersebut umumnya menggunakan suplai daya satu fasa dan tiga fasa. Efek dari tegangan yang tidak stabil pada peralatan-peralatan listrik antara lain, menyebabkan berkurangnya kinerja peralatan, mengurangi efisiensi peralatan pemanas, mengurangi umur pelayanan peralatan, mengurangi akurasi peralatan instrumentasi, menghasilkan kecepatan yang tidak konsisten pada peralatan yang menggunakan motor listrik dan bila terjadi berulang kali atau terjadi dalam waktu yang lama secara kontinyu maka dapat merusak peralatan.
Rentang tegangan operasi untuk setiap peralatan listrik berbeda-beda dan umumnya dapat bekerja pada batas tegangannya selama satu siklus sampai 1000 siklus dengan frekuensi 50 hertz, atau dalam waktu antara 0,02 detik sampai 20 detik [1]. Peralatan pengukur tegangan komersial biasanya hanya mengukur nilai tegangan rms selama 0,25 detik sampai 1 detik, sehingga nilai tegangan rms dalam siklus yang lebih pendek tidak ditampilkan.
Makalah ini menyajikan monitoring stabilitas tegangan pada jaringan distribusi tegangan rendah tiga fasa secara online dan dinamis. Peralatan untuk monitoring dibuat dengan menggunakan mikrokontroler Arduino untuk memproses perhitungan kondisi stabilitas tegangan. Data tegangan diukur dengan menggunakan sensor tegangan ZMPT101B dan hasil monitoring stabilitas tegangan ditampilkan pada layar LCD dan diindikasikan dengan menggunakan indikator lampu led.
II. TINJAUAN PUSTAKA
Stabilitas tegangan didefenisikan sebagai kemampuan sistem tenaga listrik untuk mempertahankan nilai tegangan pada batas-batas operasi yang diijinkan baik sebelum maupun sesudah terjadinya gangguan [2].
Tabel 1. Kategori dan Karakteristik Fenomena Gangguan Tegangan Pada Sistem Tenaga Listrik [3]
Kategori Durasi Magnitude
Tegangan Variasi
Tegangan rms Jangka
Pendek (Sesaat)
Tegangan Turun (Sag) 0,5 siklus-
3 detik 0,1-0,9 pu Tegangan Naik (Swell) 0,5 siklus-
3 detik 1,1-1,4 pu Interupsi Tegangan 0,5 siklus-
3 detik < 0,1 pu Variasi
Tegangan Jangka Pendek (Temporer)
Tegangan Turun (Sag) >3 detik –
1 menit 0,1-0,9 pu Tegangan Naik (Swell) >3 detik –
1 menit 1,1-1,2 pu Interupsi Tegangan >3 detik –
1 menit < 0,1 pu Variasi
Tegangan rms Jangka
Panjang
Interupsi Tegangan Yang
Bertahan >1 menit 0 pu Tegangan Kurang
(Undervoltage) >1 menit 0.8-0,9 pu Tegangan Lebih >1 menit 1,1-1,4 pu
69
waktu terjadinya yakni stabilitas tegangan jangka pendek dan stabillitas jangka panjang. Kondisi stabilitas tegangan jangka pendek dan jangka panjang secara umum dijelaskan pada tabel 1.
Analisis stabilitas tegangan pada tabel 1 dilakukan dengan menggunakan nilai tegangan rms. Bila variasi tegangan berada di antara magnitude tegangan 0,9 per unit sampai dengan 1,1 per unit maka dikategorikan sebagai kondisi tegangan yang stabil.
Banyak peralatan listrik konsumen di jaringan tegangan rendah dapat bekerja dengan baik dengan nilai tegangan yang kurang dari magnitude tegangan yang ditunjukkan pada tabel 1, bahkan dengan durasi yang lebih lama. Selain itu, peralatan- peralatan proteksi dan kontrol dapat bekerja pada rentang tegangan yang lebih besar. Namun, secara umum pada rentang waktu lebih dari 1000 siklus atau 20 detik batas-batas tegangan kerja bagi berbagai peralatan listrik tersebut adalah sekitar 0,9 per unit sampai 1,1 per unit dari tegangan kerja nominalnya [4]-[5].
III. METODE
A. Perancangan dan Pembuatan Alat Monitoring
Alat monitoring stabilitas tegangan dirancang untuk mengukur tegangan rms dengan waktu pengukuran selama 10 siklus pada frekuensi 50 hertz atau 0,2 detik. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan sensor tegangan ZMPT101B Mikrokontroler Arduino Mega 2560 digunakan untuk mengambil data tegangan rms setiap fasa beserta waktu pengukurannya. Data tegangan rms dan waktu pengukurannya diproses untuk menentukan kondisi stabilitas tegangan dengan kategori gangguan stabilitas tegangan yang ditunjukkan pada tabel 1. Hasil monitoring dan deteksi gangguan stabilitas tegangan setiap fasa ditampilkan pada layar LCD dan diindikasikan dengan menggunakan indikator lampu led.
Skema rangkaian perancangan alat monitoring stabilitas tegangan ditunjukkan pada gambar 1.
Gambar 1. Skema Perancangan Alat Monitoring
Masing-masing 3 buah lampu led dengan warna yang berbeda untuk menyatakan kondisi gangguan stabilitas tegangan pada setiap fasa. Lampu led berwarna merah menyatakan kondisi gangguan tegangan kurang atau tegangan naik yang merupakan gangguan stabilitas jangka panjang. Lampu led berwarna kuning menyatakan tegangan turun (sag) atau tegangan naik (swell) pada kategori gangguan stabilitas tegangan jangka pendek temporer. Lampu led berwarna biru menyatakan tegangan naik atau tegangan turun untuk gangguan stabilitas jangka pendek sesaat. Bila semua lampu led tidak menyala menyatakan bahwa tegangan stabil di setiap fasa.
B. Pemrograman
Pengukuran dan waktu pengambilan data tegangan rms dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak Energy Monitor (Emonlib) [6]. Tegangan rms yang diukur menggunakan rumus:
N V V
N
p p rm s
1
2
(1)
dimana Vp adalah tegangan puncak sesaat dan N adalah jumlah sampel dalam satu siklus. Lama siklus pengambilan data ditentukan sebesar 10 siklus atau berkisar 0,1 detik dan jumlah sampel yang digunakan adalah 53 per siklus.
Program komputer untuk perhitungan kondisi stabilitas tegangan jangka panjang ditentukan sesuai dengan tabel 1, dimana batas-batas tegangan operasi adalah 0,9 per unit sampai 1,1 per unit. Jika tegangan yang diukur berada di luar batas-batas tegangan operasi dengan durasi antara 0,01 detik sampai 3 detik, maka merupakan gangguan stabilitas tegangan jangka pendek sesaat dengan kategori tegangan naik atau tegangan turun. Bila berlangsung antara 3 detik sampai 1 menit maka merupakan gangguan stabilitas tegangan pendek temporer dengan kategori tegangan naik atau tegangan turun.
Bila berlangsung lebih dari 1 menit maka merupakan gangguan stabilitas jangka panjang.
Program komputer lainnya adalah program komputer untuk mengaktifkan lampu led sesuai dengan kondisi stabilitas tegangan hasil perhitungan dan mengirim data hasil pengukuran tegangan dan kondisi stabilitas tegangan ke LCD.
Semua program ditulis dengan menggunakan bahasa pemrograman C dan di-upload ke mikrokontroler dengan menggunakan perangkat lunak Arduino IDE 1.85 [7].
C. Pengujian
Pengujian dilakukan pada panel listrik tiga fasa dan dilakukan selama rentang waktu 25 menit. Laptop dihubungkan ke alat monitoring sebagai sumber daya listrik dan untuk kebutuhan menyalin data tegangan rms setiap fasa beserta waktu pengambilannya melalui layar Serial Monitor perangkat lunak Arduino IDE. Data yang diperoleh dari layar Serial
70
![Tabel 1. Kategori dan Karakteristik Fenomena Gangguan Tegangan Pada Sistem Tenaga Listrik [3]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/2960486.3699444/16.893.469.828.789.1069/kategori-karakteristik-fenomena-gangguan-tegangan-sistem-tenaga-listrik.webp)
