SKRIPSI RANCANG BANGUN ALAT MONITORING ARUS, TEGANGAN DAN SUHU PADA TRANSFORMATOR DISTRIBUSI BERBASIS WIFI DESSY CHRISTY SITOMPUL NIM.

SKRIPSI

RANCANG BANGUN ALAT MONITORING ARUS, TEGANGAN DAN SUHU PADA TRANSFORMATOR

DISTRIBUSI BERBASIS WIFI

Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro

Oleh :

DESSY CHRISTY SITOMPUL NIM. 150402012

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2019

ABSTRAK

Transformator merupakan komponen utama dalam sistem penyaluran tenaga listrik. Untuk mempertahankan kontinuitas dan keandalan sistem ketenagalistrikan adalah dengan menjaga keandalan dari sistem penyaluran energi listrik. Faktor yang dapat mempengaruhi kualitas dari energi listrik adalah arus, tegangan, suhu. Dimana meningkatnya jumlah pembebanan maka transformator akan mengalami kenaikan suhu dan arus sewaktu-waktu, kenaikan arus dapat dipengaruhi oleh beban yang berlebih sehingga bisa menaikkan suhu transformator kenaikan suhu transformator juga dapat dipengaruh oleh kondisi udara diruang transformator. Apabila suhu di ruang transformator terlalu tinggi akan meyebabkan ledakan. Sehingga Penelitian skripsi ini bertujuan untuk merancang sebuah prototype alat monitoring dengan parameter yang diteliti adalah arus, tegangan, dan suhu berbasis wifi dan mengetahui kondisi transformator secara realtime. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa alat prototype monitoring transformator menunjukkan nilai yang sangat dekat dengan perhitungan manual dengan rata-rata kesalahan atau error terbesar untuk pengukuran arus adalah 2.18 %, untuk tegangan adalah 1.04 % dan untuk suhu adalah 3.3%.

Alat prototype monitoring ini juga akan memberikan informasi kepada user apabila nilai arus pada rangkaian bernilai 2A sehingga dapat mempermudah user mengetahui gangguan pada transformator sebelum mengalami kerusakan.

Transformator memiliki efisiensi yang baik 99,54 – 99,82%. Transformator memerlukan perawatan apabila mendekati temperatur yang tinggi untuk kinerja transformator optimal.

Kata Kunci : Transformator Distribusi, Sensor CT ACS 712, LM 35, Trafo Step Down, Mikrokontroler Arduino.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Tugas Akhir ini merupakan bagian kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah :

“RANCANG BANGUN ALAT MONITORING ARUS, TEGANGAN DAN SUHU PADA TRANSFORMATOR DISTRIBUSI BERBASIS WIFI”

Penulis mengetahui bahwa suksesnya pengerjaan Tugas Akhir ini adalah berkat dukungan dan bantuan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, yaitu :

1. Teruntuk keluarga saya, terutama kepada kedua orangtua saya, Bapakku tercinta (Alm) Herman, Mamakku tersayang Rina Bonar, Abang dan Kakakku yaitu Osvaldo, Claudia dan Betharia yang telah memberikan dukungan financial, motivasi, semangat, dan nasihat kepada saya. Saya persembahkan Tugas Akhir ini untuk Bapak, Mamak, Abang dan Kakakku tercinta.

2. Bapak Ir. Syafruddin HS, M.Sc, Ph.D selaku Dosen Pembimbing penulis yang telah banyak meluangkan waktu dan memberikan bimbingan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

3. Bapak Dr. Fahmi, S.T, M.Sc, Ph.D selaku Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Sumatera Utara.

4. Bapak Ir. Arman Sani, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

5. Bapak Tigor H Nasution, ST, MT selaku Dosen Penguji I yang telah banyak memberi masukan dan arahan selama proses Tugas Akhir ini.

6. Bapak Ir. Surya Hardi, M.S.c, Ph.D selaku Dosen Penguji II dan sekaligus Dosen Pembimbing Akademik yang telah banyak memberi masukan dan arahan selama proses Tugas Akhir ini.

7. Seluruh staf pengajar Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

8. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

9. Saudara Diven Zulfikar Sinaga yang selalu sabar menghadapi penulis yang sering emosi karena kendala-kendala pada Tugas Akhir ini.

10. Teman-teman stambuk 2015 yang sering berkumpul di Sekret Asatama yang telah banyak memberikan masukan, hiburan, doa dan semangat selama pengerjaan Tugas Akhir ini.

11. Seluruh Abang dan Kakak senior serta adik-adik junior yang telah memberikan dukungan dan bantuan selama penyelesaian Tugas Akhir ini.

12. Serta untuk semua yang telah membantu dan mendukung penyelesaian Tugas Akhir ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis dengan mengharapkan adanya kritik dan saran yang bertujuan untuk menyempurnakan dan memperkaya kajian Tugas Akhir ini.

Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.

Medan,7 Agustus 2019 Penulis

Dessy Christy Sitompul NIM. 150402012

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR GAMBAR ... vi

DAFTAR TABEL ... vii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Penelitian ... 2

1.4 Batasan Masalah... 3

1.5 Manfaat Penelitian ... 3

1.6 Sistematika Penulisan ... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5

2.1 Transformator Distribusi ... 5

2.1.1 Bentuk dan Kontruksi Transformator ... 5

2.1.2 Prinsip Kerja Transformator Distribusi ... 6

2.2 Pengaruh Temperature Terhadap Transformator ... 8

2.3 Rugi – Rugi Transformator ... 9

2.3.1 Rugi Besi ... 10

2.3.2 Rugi Tembaga ... 11

2.4 Efisiensi Transformator ... 12

2.5 Harmonisa pada Transformator ... 13

2.6 Perhitungan Stray Losses akibat harmonisa pada Transformator ... 14

2.7 Pengaruh Harmonisa dan Temperatur terhadap Transformator ... 17

2.8 Sensor CT ACS 712 ... 18

2.9 Dioda ... 20

2.10 Kapasitor ... 21

2.11 Resistor ... 21

2.12 Arduino ... 22

2.13 Modul ESP 8266 ... 25

BAB III METODE PENELITIAN ... 26

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ... 26

3.1.1 Tempat Penelitian ... 26

3.1.2 Waktu Penelitian ... 26

3.2 Alat dan Bahan ... 26

3.3 Variabel yang diamati ... 31

3.4 Rangkaian Pengujian ... 21

3.5 Prosedur Penelitian ... 34

3.6 Diagram Alir Penelitian ... 35

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA ... 36

4.1 Pengujian Pembacaan Sensor Arus ACS 712 ... 36

4.2 Pengujian Pembacaan Sensor Tegangan dengan Trafo Step Down ... 39

4.3 Pengujian Pembacaan Sensor Suhu dengan LM35 ... 41

4.4 Hasil Pengujian Sistem ... 43

4.5 Sistem Wifi Peralatan... 47

4.6 Perbandingan Belitan Transformator ... 50

4.7 Efisiensi Transformator ... 51

4.8 Pengaruh Suhu Terhadap Transformator ... 53

4.9 Tampilan Alat Keseluruhan ... 54

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 55

5.1 Kesimpulan ... 55

5.2 Saran ... 55

DAFTAR PUSTAKA ... 56

LAMPIRAN ... 58

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Gambar Tipe Transformator... 6

Gambar 2.2 Gambar Prinsip Kerja Transformator ... 7

Gambar 2.3 Gambar Blok Diagram Rugi – Rugi Trafo ... 10

Gambar 2.4 Gambar Gelombang Arus dan Tegangan pada Beban Linier ... 13

Gambar 2.5 Gambar Gelombang Arus dan Tegangan pada Beban Non Linier .... 14

Gambar 2.6 Gambar Diagram Temperature Trafo berdasarkan IEC 354 ... 15

Gambar 2.7 Gambar Sensor CT ACS 712 ... 19

Gambar 2.8 Gambar Dioda ... 20

Gambar 2.9 Gambar Kapasitor ... 21

Gambar 2.10 Gambar Resistor ... 21

Gambar 2.11 Gambar Arduino RobotDyn Mega + Wifi ... 22

Gambar 2.12 Gambar Modul ESP 8266 ... 25

Gambar 3.1 Gambar Sensor ACS 712 ... 26

Gambar 3.2 Gambar Transistor NPN BD 139 ... 27

Gambar 3.3 Gambar Dioda IN 4602 ... 27

Gambar 3.4 Gambar IC LM324 ... 28

Gambar 3.5 Gambar IC AN7805 ... 28

Gambar 3.6 Gambar Kapasitor 220 µF/50 volt... 29

Gambar 3.7 Gambar Kapasitor 10 µF/50 Volt ... 29

Gambar 3.8 Gambar 4 Unit Trafo Step Down ... 30

Gambar 3.9 Gambar Lampu Pijar Philips 100 Watt ... 30

Gambar 3.10 Gambar Rangkaian Arduino ke Sensor Arus ... 31

Gambar 3.11 Gambar Rangkaian Arduino ke Sensor Tegangan ... 32

Gambar 3.12 Gambar Rangkaian Node MCU ke Sensor suhu ... 32

Gambar 3.13 Gambar Rangkaian Node MCU ke User ... 33

Gambar 3.14 Gambar Rangkaian Sistem ... 33

Gambar 3.15 Gambar Diagram Alir Penelitian... 35

Gambar 4.1 Gambar Pengujian system...44

Gambar 4.2 Pengujian tegangan sistem menggunakan Volt meter...45

Gambar 4.3 Tampilan Wifi di perangkat Arduino...47

Gambar 4.4 Mencari alamat IP yang ada di ESP8266...48

Gambar 4.5 Gambar Web Browser yang memiliki nilai IP sama...48

Gambar 4.6 Tampilan Hasil Monitoring Sistem secara Realtime...49

Gambar 4.7 Gambar coding pencarian wifi...49

Gambar 4.8 Tampilan Alat Monitoring Keseluruhan...49

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Macam – Macam Pendingin pada Trafo ... 8

Tabel 2.2 Tabel Konfigurasi Pin ACS 712 ... 20

Tabel 2.3 Tabel Spesifikasi pada Arduino RobotDyn Mega + Wifi ... 23

Tabel 2.4 Tabel Cara Kerja Modul ESP 8266... 25

Tabel 4.1 Tabel Pengujian Pembacaan Sensor Arus ... 36

Tabel 4.2 Tabel Pengujian Pembacaan Sensor Tegangan ... 39

Tabel 4.3 Tabel Pengujian Pembacaan Sensor Suhu ... 41

Tabel 4.4 Tabel Pengujian Sistem ... 43

Tabel 4.5 Tabel Persentase Error Arus Pada Pengujian Sistem ... 45

Tabel 4.6 Tabel Persentase Error Tegangan Pada Pengujian Sistem ... 46

Tabel 4.7 Tabel Persentase Error Suhu Pada Pengujian Sistem ... 46

Tabel 4.8 Tabel Efisiensi Transformator ... 51

Tabel 4.9 Tabel Kondisi Suhu Terhadap Transformator ... 53

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Energi listrik merupakan salah satu energi yang penting untuk kebutuhan masyarakat. Upaya dalam menangani bertambahnya tingkat kebutuhan energi listrik yaitu dengan mengimplementasikan sistem monitoring untuk pemantauan dan pemeliharaan transformator distribusi. Untuk mempertahankan kontinuitas dan keandalan sistem ketenagalistrikan adalah dengan menjaga keandalan dari sistem penyaluran energi listrik. Faktor yang dapat mempengaruhi kualitas dari energi listrik adalah arus, tegangan, suhu. Transformator menjadi alat yang sangat penting dari ketiga sistem penyaluran tenaga listrik tersebut. Transfomator yang digunakan pada sistem distribusi kepada konsumen adalah pada rasio tegangan 20 kV/400 V. Banyak permasalahan timbul yang diakibatkan oleh kerusakan pada transformator distribusi 20 kV [9].

Salah satu permasalahan pada transformator daya 20 kV adalah ketidak- seimbangan beban. Ketidakseimbangan beban pada transformator diakibatkan oleh tidak seimbangnya beban pada masing-masing fase R, S, T dan beban yang terpakai melebihi kapasitas (overload). Transformator yang panas dapat menyebabkan short circuit yang dapat menyebabkan transformator meledak sehingga kerusakan dapat memperpendek usia pemakaian baik dari segi alat maupun minyaknya. Gangguan ini akan menimbulkan kerugian baik pada konsumen dan perusahaan penyalur tenaga listrik. Untuk itu perlu dilakukan suatu manajemen pemeliharaan transformator yang baik demi menjaga keandalan transformator distribusi 20 kV [5].

Untuk menjaga keandalan dari transformator distribusi 20 kV perlu dilakukan monitoring intensif terhadap parameternya. Monitoring harus dilakukan secara real time sehingga data yang dihasilkan dapat dijadikan acuan untuk melakukan pemeriksaan dan pemeliharaan lebih lanjut atas transformator tersebut. Untuk mengolah parameter transformator diperlukan suatu pengolahan data web.

Pengolahan data dari web browser yang dimasukkan alamat IP kemudian dikirimkan melalui wifi. Hasil pembacaan data diharapkan dapat dijadikan acuan dalam pelaksanaan pemeliharaan transformator secara realtime [13].

Penggunaan media wifi dapat digunakan sebagai sarana pemberitahuan atas kondisi transformator pada saat parameter melebihi keadaan nominalnya, sehingga dapat menjadi salah satu alternatif untuk mengetahui kondisi transformator secara dini sebelum gangguan terjadi. Sehingga penanggung jawab lapangan dengan cepat dapat memberi keputusan atas kondisi transformator dengan kondisi yang melebihi nilai nominalnya [5].

1.2 Rumusan Masalah

Bedasarkan latar belakang yang telah diuraikan diatas, maka permasalahan yang akan dibahas adalah :

1. Bagaimana perancangan sistem monitoring beban lebih pada arus, tegangan, dan suhu di transformator distribusi berbasis wifi?

2. Bagaimana cara menampilkan sampel data dari alat prototype monitoring transformator distribusi dengan keadaan realtime?

3. Bagaimana cara menampilkan data hasil monitoring transformator distribusi yang dapat diakses dengan wifi dan dapat dipantau dari jarak jauh?

1.3 Tujuan Penelitian

Berdasarkan rumusan masalah, tujuan dari skripsi ini adalah:

- Untuk merancang alat monitoring transformator dengan sistem online yang bersifat realtime.

- Untuk mengetahui ketidakseimbangan arus phasa pada jaringan.

- Untuk mengoptimalkan penggunaan wifi sebagai media transmisi informasi.

- Untuk membangun sistem monitoring pada transformator distribusi dengan menggunakan sensor arus, sensor tegangan, dan sensor suhu.

1.4 Batasan Masalah

Untuk mengatasi meluasnya pokok pembahasan, maka pada skripsi ini peneliti membuat batasan masalah dan ruang lingkup sebagai berikut:

1. Penelitian ini menggunakan CT ACS 712 sebagai sensor arus, LM35 sebagai sensor suhu, dan Transformator Step Down sebagai sensor tegangan.

2. Arus lebih akan terdeteksi apabila melebihi 3A (>3A).

3. Penelitian ini tidak membahas bahasa pemrograman.

1.5 Manfaat Penelitian

Adapun manfaat penelitian pada penulisan skripsi ini adalah:

1. Merancang alat monitoring pada transformator distribusi dengan menggunakan sensor arus, sensor tegangan, sensor suhu secara online yang bersifat realtime.

2. Menghasilkan data yang dapat dipantau dari jarak jauh oleh pengguna (user) melalui wifi sebagai media transmisi.

1.6 Sistematika Penulisan

Tugas Akhir dengan judul“RANCANG BANGUN ALAT MONITORING

ARUS, TEGANGAN DAN SUHU PADA TRANSFORMATOR

DISTRIBUSI BERBASIS WIFI” ini tersusun dalam lima bab, dengan susunan sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN, Bab ini memuat Latar Belakang Masalah, Perumusan Masalah, Batasan Masalah, Tujuan Penelitian, Manfaat Penelitian, serta Sistematika Penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA, Bab ini berisi penjelasan tentang teori yang berhubungan dengan alat monitoring dan sensor arus, tengan dan suhu serta komponen-komponen dalam sistem kerja alat.

BAB III METODE PENELITIAN, Bab ini memuat mengenai alat dan bahan pengujian, rangkaian pengujian, langkah-langkah pengujian, serta komponen alat.

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN, Bab ini memuat hasil pengujian dari aplikasi wifi dalam memonitoring arus,tegangan dan suhu pada transformator distribusi.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN, Bab ini memuat kesimpulan dari hasl penelitian, dan saran untuk perkembangan penelitian berikutnya.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Transformator Distribusi

Transformator distribusi yang sering digunakan adalah jenis transformator step down 20/0,4 kV dengan tegangan fasa sistem JTR adalah 380 Volt karena terjadi drop tegangan maka tegangan pada rak TR dibuat diatas 380 Volt agar tegangan pada ujung beban menjadi 380 Volt.

Pada kumparam primer mengalir arus jika dihubungkan ke sumber listrik arus bolak balik, sehingga pada inti transformator yang terbuat dari bahan feromagnet akan terbentuk sejumlah garis-garis gaya magnet (fluks = Φ) [6].

Karena arus yang mengalir adalah arus arus bolak balik maka fluks yang terbentuk pada inti akan mempunyai arah dan jumlah yang berubah- berubah. Jika arus yang mengalir berbentuk sinus maka fluks yang dihasilkan akan berbentuk sinus. Hal ini dikarenakan fluks mengalir melalui inti dimana pada inti tersebut terdapat lilitan primer dan lilitan sekunder maka pada lilitan primer dan lilitan sekunder akan timbul GGL (gaya gerak listrik) induksi, namun arah GGL induksi primer berlawanan dengan arah GGL induksi sekunder.

2.1.1 Bentuk dan Kontruksi Transformator

Kontruksi transformator distribusi terdiri dari beberapa bagian :

1. Inti, terbuat dari lempengan-lempengan pelat besi lunak atau baja silikon yang di klem menjadi satu.

2. Belitan, terbuat dari tembaga yang letaknya dibelitkan pada inti dengan bentuk spiral atau konsentrik.

3. Sistem pendinginan, bagian ini terdapat pada transformator berkapasitas besar.

4. Bushing, berfungsi untuk menghubungkan rangkaian dalam dari transformator ke rangkaian luar (terdapat pada transformator daya).

5. Arrester, sebagai pengaman trafo terhadap tengangan lebih yang disebabkan oleh sambaran petir dan switching (SPLN se.

002/PST/73).

Bila dilihat dari letak belitannya, maka transformator terdiri dari:

1. Transformator jenis inti (core type), yaitu transformator dengan belitan mengelilingi inti (Gambar 2.1a).

2. Transformator jenis cangkang (shell type), inti transformator ini mengelilingi belitannya (Gambar 2.1b).

(a) Jenis Inti (b) Jenis Cangkang Gambar 2.1 Tipe Transformator

2.1.2 Prinsip Kerja Transformator

Prinsip kerja transformator dapat dijelaskan berdasarkan hukum ampere dan hukum faraday yaitu arus listrik menimbulkan medan magnet dan sebaliknya.

Gambar prinsip kerja transformator dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Pada sisi kumparan primer transformator diberi arus bolak balik sehingga akan timbul sejumlah garis-garisgaya magnet atau fluksi pada kumparan tersebut.

Garis gaya magnet selalu berubah-ubah menurut bentuk gelombang sinusoidal yang mengakibatkan pada kumparan sisi primer terjadi induksi [6].

Gambar 2.2 Prinsip Kerja Transformator

kumparan sekunder akan menerima garis gaya magnet atau fluksi yang berubah-ubah dan mempunyai harga yang sama dengan jumlah garis gaya yang dikeluarkan sisi primer, sehingga pada sisi sekunder terjadi induksi. Besarnya ggl induksi yang dihasilkan masing-masing kumparan berbanding lurus dengan jumlah lilitannya, sehingga di dapat :

e1 = -N1 𝑑∅

𝑑𝑡 (2.1)

e2 = -N2 𝑑∅

𝑑𝑡 (2.2)

Dimana :

e1 = ggl induksi sesaat pada sisi primer e2 = ggl induksi sesaat pada sisi sekunder N1 = jumlah lilitan kumparan primer N2 = jumlah lilitan kumparan sekunder ^𝑑∅

𝑑𝑡 = laju perubahan fluks magnet persatuan waktu

Jika dianggap bahwa tidak ada daya yang hilang, maka daya yang dilepas pada sisi primer sama dengan daya yang diterima pada sisi sekunder :

E1.I1 = E2.I2 (2.3)

𝐸1 𝐸2 = ^𝐼2

𝐼1 (2.4)

Dimana :

E1 = ggl induksi sisi primer efektif (volt) E2 = ggl induksi sisi sekunder efektif (volt) I1 = arus sisi primer (ampere)

I2 = arus sisi sekunder (ampere)

2.2 Pendinginan Transformator

Suhu pada trafo yang sedang beroperasi akan dipengaruhi oleh kualitas tegangan jaringan, rugi-rugi pada trafo itu sendiri dan suhu lingkungan. Suhu operasi yang tinggi akan mengakibatkan rusaknya isolasi pada trafo. Oleh karena itu pendinginan yang efektif sangat diperlukan. Minyak isolasi trafo selain merupakan media isolasi juga berfungsi sebagai pendingin. Pada saat minyak bersirkulasi, panas yang berasal dari belitan akan dibawa oleh minyak sesuai jalur sirkulasinya dan akan didinginkan pada sirip – sirip radiator. Adapun proses pendinginan ini dapat dibantu oleh adanya kipas dan pompa sirkulasi guna meningkatkan efisiensi pendinginan. Tabel 2.1 menunjukkan macam – macam pendinginan pada trafo [17].

Tabel 2.1 Macam – macam pendingin pada trafo

NO Macam Sistem Pendingin

Media

Dalam Trafo Luar Trafo

Sirkulasi Alamiah

Sirkulasi Paksa

Sirkulasi Alamiah

Sirkulasi Paksa

1 AN Udara

2 AF Udara

3 ONAN Minyak Udara

4 ONAF Minyak Udara

5 OFAN Minyak Udara

6 OFAF Minyak Udara

7 OFWF Minyak Air

8 ONAN/ONAF Kombinasi 3 dan 4

Keterangan :

1. AN (Air Natural) = Sistem pendinginan secara alami dengan memanfaatkan udara di lingkungan sekitar.

2. AF (Air Force) = Sistem pendinginan dengan cara meniupkan angin secara paksa dengan alat bantu kipas angin, dan kipas angin di nyalakan saat temperatur transformator meningkat.

3. ONAN (Oil Natural Air Natural) = Sistem pendinginan minyak secara alami dengan memanfaatkan udara di lingkungan sekitar.

4. ONAF (Oil Natural Air Force) = Sistem pendinginan minyak secara alami dengan menghembuskan udara dari kipas angin, dan kipas angin hanya dinyalakan pada saat pembebanan yang berat.

5. OFAF (Oil Force Air Force) = Sistem pendinginan minyak disirkulasikan dengan pompa minyak, dan di hembuskan udara dari kipas angina.

6. OFWF ( Oil Force Water Force) = Sistem pendinginan minyak disirkulasikan dengan pompa minyak, dan air disirkulasikan melalui saluran pembuangan panas melalui pompa air.

2.3 Rugi – Rugi Transformator

Rugi-rugi daya transformator berupa rugi inti atau rugi besi dan rugi tembaga yang terdapat pada kumparan primer maupun sekunder. Untuk mengurangi rugi besi haruslah diambil inti besi yang penampangnya cukup besar agar fluks magnet mudah mengalir di dalamnya. Untuk memperkecil rugi tembaga, harus diambil kawat tembaga yang penampangnya cukup besar untuk mengalirkan arus listrik yang diperlukan. Rugi inti terdiri dari rugi arus eddy dan rugi histerisis.

Rugi arus eddy timbul akibat adanya arus pusar pada inti yang menghasilkan panas.

Adapun arus pusar inti ditentukan oleh tegangan induksi pada inti yang menghasilkan perubahan- perubahan fluks magnet. Rugi histerisis merupakan rugi tenaga yang disebabkan oleh fluks magnet bolak-balik pada inti.

9 ONAN/OFAN Kombinasi 3 dan 5

10 ONAN/OFAF Kombinasi 3 dan 6

11 ONAN/OFWF Kombinasi 3 dan 7

Kumparan Primer

Berikut merupakan blok diagram rugi – rugi pada transformator :

Rugi Tembaga Rugi Tembaga

Rugi Fluks Bocor Rugi Besi : Histeresis dan Eddy Current

sumber Fluks

Bersama

Kumparan

Skunder ^output

Gambar 2.3 menunjukkan blok diagram rugi – rugi pada transformator [6].

Gambar 2.3 Blok Diagram Rugi – Rugi Transformator.

2.3.1 Rugi Besi (Pi)

Rugi besi terdiri atas, rugi histeresis dan rugi eddy current. Rugi histeresis, yaitu rugi yang disebabkan fluks bolak – balik pada inti besi, yang dirumuskan pada Persamaan 2.5 [6].

P_h = Kh B^1.6_maks (watt) (2.5)

Dimana :

Ph : Rugi histerisis (watt) Kh : Konstanta

B^1.6_maks : fluks maksimum (weber) f : frekuensi (Hz)

Sedangkan rugi eddy current yaitu rugi yang disebabkan arus pusar pada inti besi, dirumuskan dalam Persamaan 2.6 [6].

P_e = Ke f² B²_maks t² (2.6)

Dimana :

Pe : Rugi eddy current (watt) Ke : Konstanta

Bmaks : fluks maksimum (weber) f : frekuensi (Hz)

t : Ketebalan Laminasi (m) Jadi rugi besi ( rugi inti ) adalah :

P_i = Ph + Pe (2.7)

Dimana :

Pi : Rugi besi (watt) Ph : Rugi histerisis (watt) Pe : Rugi eddy current (watt)

2.3.2 Rugi Tembaga

Rugi tembaga adalah rugi yang disebabkan oleh arus beban yang mengalir pada kawat tembaga, dirumuskan pada Persamaan 2.8 [6].

P_cu = I²R (2.8)

Pcu = I12R1 (2.9)

Pcu = I22 R2 (2.10)

Pcu = I12 R1 + I22 R2 (2.11)

Dimana :

P_cu = Rugi – Rugi Tembaga (watt) I1 = Arus Primer (Ampere)

I2 = Arus Sekunder (Ampere) R1 = Resistansi Primer (ohm) R2 = Resistansi Sekunder (ohm)

2.4 Efisiensi Transformator

Untuk menentukan rugi – rugi daya saat transformator diberi beban maka dapat dirumuskan pada Persamaan 2.12 [6].

Ploss =

(

^S

Sr

)

² x (Pt) (2.12)

Dimana :

Ploss : Rugi daya pada trafo (Watt) S : Beban Trafo (VA)

Sr : Kapasitas Trafo (VA)

Pt : Total rugi – rugi (rugi tembaga dan rugi inti) (Watt)

Penentuan efisiensi (rendemen) dapat di lakukan dengan dua cara yaitu cara tidak langsung dan cara langsung.

• Cara tidak langsung

Rumus umum untuk efisiensi ditunjukkan pada Persamaan 2.13 [6].

η =

_P+Pr^P

x 100%

(2.13) Dimana :

P : Daya yang dihasilkan oleh trasformator (VA)

Pr : Kerugian – kerugian transformator ( rugi tembaga dan rugi inti) (Watt)

• Cara langsung

Penentuan efisiensi dengan cara langsung adalah dengan memberikan beban nominal pada transformator, kemudian mengukur beban padaq sisi primer, dan juga beban pada sisi skunder, lalu menentukan besar efisiensi dengan mempergunakan rumus pada Persamaan 2.14 [6].

η =

^𝑃𝑘

𝑃𝑚

x 100%

(2.14)

Dimana :

Pk : daya yang dikeluarkan pada sisi skunder (Watt) Pm : daya yang dimasukkan pada sisi primer (VA)

2.5 Harmonisa pada Transformator

Harmonisa merupakan suatu fenomena yang timbul akibat pengoperasian beban listrik non linier, yang merupakan sumber terbentuknya gelombang frekuensi tinggi (kelipatan dari frekuensi fundamental, misal: 100Hz, 150Hz, 200Hz, 300Hz, dan seterusnya). Harmonisa tegangan atau arus diukur dari besarnya masing- masing komponen harmonik terhadap komponen dasarnya dinyatakan dalam persen.

Adapun jenis beban terbagi menjadi dua bagian, yaitu : 1. Beban Linier

Beban linier adalah beban yang komponen arusnya proporsional terhadap tegangannya. Terdapat hubungan yang linier antara arus dan tegangan sehingga bentuk gelombang arus akan sama dengan bentuk gelombang tegangannya, seperti yang terlihat pada gambar 1 di bawah ini. Beban linier menyerap arus sinusoidal bila disuplai oleh tegangan sinusoidal. Contoh beban linier antara lain motor listrik, pemanas, lampu pijar, dan lainnya. Gambar 2.4 menunjukkan gelombang arus dan tegangan pada beban linier.

(a) gelombang arus dan tegangan (b) kurva hubungan arus dan tegangan Gambar 2.4 Gelombang serta kurva arus dan tegangan pada beban linier.

200

VOLTAGE

100

LINEAR LOAD CURRENT

2. Beban Non Linier

Beban yang komponen arusnya tidak proporsional terhadap komponen tegangannya, sehingga bentuk gelombang arusnya tidak sama dengan bentuk gelombang tegangannya. Tidak terdapat hubungan yang linier antara arus dan tegangan. Beban non -linier menyerap arus non sinusoidal demikian juga arus harmonik, walaupun disuplai oleh tegangan sinusoidal. seperti Gambar 2.5 menunjukkan gelombang arus dan tegangan pada beban non linier. Contoh beban non-linier antara lain penyearah (power supply, UPs, komputer, pengaturan kecepatan motor, lampu-lampu pelepasan), alat-alat ferromagnetik, motor DC, dan tungku busur api, serta lainnya.

(a) Gelombang arus dan tegangan (b) Kurva hubungan arus dan tegangan Gambar 2.5 Gelombang serta kurva arus dan tegangan pada beban non linier.

2.6 Pengaruh Harmonisa dan Temperatur terhadap Transformator Pengertian dari harmonisa pada sistem tenaga secara substansial dikarenakan pemakaian beban kontrol dan alat lainnya yang menghasilkan frekuensi tinggi maka penting untuk mengevalusi pengaruh harmonisa terkhususnya pada transformator distribusi yang merupakan komponen penting dalam penyaluran sistem tenaga listrik. Kenaikan distorsi harmonisa menyebabkan rugi-rugi dan kenaikan suhu abnormal [14].

Masa pakai dari transformator distribusi tergantung pada kualitas masa pakai isolasi, dan umur isolasi tergantung pada suhu, mekanik, dan faktor kimia.

Namun yang paling penting adalah suhu, beban non-linear menyebabkan harmonisa dan meningkatkan arus sehingga bertambahnya suhu pada transformator [14].

200

VOLTAGE

100

NON-LINEAR LOAD

0

CURRENT

-100

-200 Degrees (0 – 360)

Ketika timbul harmonisa arus beban pada transformator maka akan meningkat suhu pada transformator pada titik panas sesuai dengan standard IEC 354 yang digambarkan oleh Gambar 2.6. [14].

Gambar 2.6 Diagram Temperatur Transformator berdasarkan IEC 354

Panas pada transformator yang menyebabkan penurunan kemampuan isolasi transfomator disebut penuaan (agging). Akibat adanya pembebanan berlebih akan timbul panas pada lilitan kumparan transformator sehingga panas yang timbul mengakibatkan terjadinya penguraian sifat konstruksi transformator dan mempercepat proses penuaan tranfomator.

Arus rms saat gelombang arus terdistorsi dapat dihitung dengan rumus sebagaimana dinyatakan pada Persamaan 2.15 [15].

Irms = IFund

√1 + (

^{I𝑇𝐻𝐷}

100

)

² (2.15)

Dimana :

Irms = arus root mean square ( A) Ifund = arus nominal (A)

ITHD = Arus distorsi (A)

Penambahan panas akibat harmonisa δ dalam % dapat dirumuskan dengan Persamaan 2.13 [15].

δ = (^{𝐼𝑟𝑚𝑠}

𝐼_{𝑓𝑢𝑛𝑑}

)

² x 100 % (2.16)

Dimana :

δ = penambahan panas akibat harmonisa (%) Irms = arus root mean square ( A)

Ifund = arus nominal (A)

Sehingga suhu pada frekuensi dasar dalam °C (T0) dinyatakan pada Persamaan 2.17 [15].

T0 = ^𝑇′

1+δ

(2.17)

Dimana :

T0 = suhu pada frekuensi dasar(°C)

T’ = suhu setelah penambahan panas harmonisa (°C) δ = penambahan panas akibat harmonisa (%)

maka kenaikan suhu ∆T adalah seperti pada Persamaan 2.18 [15].

∆T = T’ – T0 (2.18)

Dimana :

∆T = kenaikan suhu (°C)

T0 = suhu pada frekuensi dasar(°C)

T’ = suhu setelah penambahan panas harmonisa (°C)

Berdasarkan SPLN, transfomator di Indonesia dirancang untuk bekerja pada suhu sekitar tidak melebihi 40°C dan pada suhu rata-rata 30°C. Internal Electrotechnical Commission (IEC) menetapkan umur transformator 20 tahun atau sekitar 7300 hari apabila dibebani 100% dari nilai rating transformator pada suhu sekitar 20 °C sehingga susut umur normal adalah 0,0137 % per hari. [15]

Peningkatan rugi-rugi transformator akibat temperatur dapat menyebabkan kerusakan isolasi transformator (gagal isolasi) serta menurunkan utilitas peralatan yang menyebabkan berkurang nya umur transformator. Sehingga perlu dilakukan monitoring arus, tegangan, dan suhu transformator untuk menyesuaikan kapasitas

transformator dengan standard untuk mencegah kerusakan transformator sejak dini [16].

2.7 Perhitungan Stray Losses Akibat Harmonisa Pada Transformator Dengan POSL= 0, Semua kerugian Stray Losses di asumsikan terjadi pada belitan transformator. Maka PLL dapat dihitung dengan Persamaan 2.16.

PLL(pi) = ∑^{𝐻=𝑚𝑎𝑥}_𝐻=1 𝐼_(pu)² × (1 + F_HL𝑃_{𝐸𝐶−𝑅(𝑝𝑢)})pu (2.19) Keterangan:

PLL(pu) = daya pada belitan per unit FHL = Frekuensi belitan per unit PEC-R(pu) = rugi-rugi eddy current per unit

Untuk menyesuaikan kepadatan per unit pada belitan harus didapatkan terlebih dahulu nilai FHL. Nilai arus non-sinusoidal per unit dapat dihitung dengan Persamaan 2.17.

IMax(pu) =√_1+[𝐹^{𝑃𝐿𝐿−𝑅(𝑝𝑢)}

𝐻𝐿× 𝑃𝐸𝐶−𝑅(𝑝𝑢)

2 (2.20)

Perhitungan nilai PEC-R didapatkan melalui pengujian transformator tersebut.

Nilai rugi rugi arus eddy maksimum dapat diasumsikan 400 % dari nilai rata rata pada belitan. Pembagian nilai rugi-rugi eddy current pada belitan antara lain:

• Total 60% pada belitan dalam dan 40% pada belitan luar pada semua transformator dengan sistem pendinginan sendiri ( dry transformer) dengan kapasitas dibawah 1000 A terlepas dari perubahan rasio.

• Total 60% pada belitan dalam dan 40% pada belitan luar pada semua transformator dengan perbandingan belitan transformator 4:1 atau bahkan yang lebih kecil.

• Total 70% pada belitan dalam dan 30% pada belitan luar pada semua transformator dengan perbandingan belitan lebih besar dari 4:1 dan juga dengan kapasitasi diatas 1000 A.

• Distribusi rugi-rugi eddy current pada belitan diasumsikan tidak merata.

Stray Losses transformator akibat beban dapat dihitung dengan Persamaan 2.18 :

PTSL-R = Total rugi-rugi beban – Rugi-rugi tembaga

= 𝑃_𝐿𝐿− 𝐾(𝐼_(1−𝑅)² 𝑅₁+ 𝐼_(2−𝑅)² 𝑅₂) (2.21) Keterangan :

PLL = Total rugi-rugi beban K = Nilai koefiien

I(1-R) = Arus sisi primer I(2-R) = Arus sisi sekunder R1 = Resistansi primer R2 = Resistensi sekunder

Pada rugi-rugi tembaga dinyatakan nilai R1 dan R2 adalah nilai resistansi pada terminal belitan. Nilai K=1 pada transformator satu phasa dan 1,5 untuk transformator 3 phasa.

2.8 SENSOR CT ACS 712

Sensor arus terdapat dua jenis yang bisa digunakan untuk mengukur nilai arus, yaitu sensor arus ACS 712 (Allegro Current Sensor) dan sensor arus SCT013.

Kedua sensor tersebut mengukur arus pada kawat tetapi terdapat beberapa perbedaaan keduanya terutama dari segi konstruksi [9]. Gambar dan pin diagram Sensor CT ACS 712 dapat dilihat pada Gambar 2.7.

(a) Sensor Arus ACS 712 (b) Pin Out Diagram Gambar 2.7 Gambar Sensor CT ACS 712

Sensor arus ACS712 dapat mengukur arus positif dan negatif dengan kisaran -5A sampai 5A. Sensor ini memelukan suplai daya sebesar 5V. Untuk membaca nilai tengah (nol Ampere) tegangan sensor diset pada 2.5V yaitu setengah kali tegangan sumber daya VCC = 5V. Pada polaritas negatif pembacaan arus -5A terjadi pada tegangan 0,5V.

Sama halnya dengan sensor tegangan, sensor arus memiliki jangkauan pembacaan mulai dari 0 (pada input 0V input) sampai 1023 (pada input 5V) dengan resolusi sebesar 0,0049V. Pembacaan sensor arus, I pada analogread dirumuskan pada persamaan 2.16[10].

I = (0,0049 x Vout − 2,5)

0,185 (2.16)

Disederhanakan menjadi :

I

=

(0,0264 x Vout)

−13,51 (2.17)

Berikut adalah Tabel 2.2 menunjukkan tabel konfigurasi pin ACS 712 Tabel 2.2 Tabel Konfigurasi Pin ACS 712.

2.9 Dioda

Dioda (diode) adalah Komponen elektronika aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor dan mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Oleh karena itu, Dioda sering dipergunakan sebagai penyearah dalam Rangkaian Elektronika. Dioda pada umumnya mempunyai 2 Elektroda (terminal) yaitu Anoda (+) dan Katoda (-) dan idealnya, sebuah dioda akan melewatkan arus tak terhingga pada suatu arah dan sama sekali tidak melewatkan arus pada arah sebaliknya [4] seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.8.

Gambar 2.8 Gambar Dioda

2.10 Kapasitor

Kapasitor adalah komponen elektronika yang mampu menyimpan muatan listrik, yang terbuat dari dua buah keeping logam yang dipisahkan oleh bahan dielektrik, seperti keramik, gelas, vakum, dan lain-lain. Muatan positif dan negatif akan berkumpul pada kedua ujung berlainan tersebut, apabila kedua ujung netral (elektroda) dihubungkan dengan sumber tegangan. Sebagai akibatnya, kapassitor merupakan suatu tempat penampungan (reservoir) dimana muatan dapat disimpan dan kemudian diambil kembali [4]. Adapun Gambar 2.9 memperlihatkan gambar suatu kapasitor.

Gambar 2.9 Gambar Kapasitor

2.11 Resistor

Resistor adalah Komponen elektronika yang selalu digunakan untuk menahan arus yang mengalir dalam suatu rangkaian tertutup. Sebuah resistor tidak memiliki kutub positif dan negatif seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.10, tapi memiliki karakteristik utama yaitu resistansi, toleransi, tegangan kerja maksimum dan power rating. Resistor juga dapat berperan sebagai beban untuk mensimulasi keberadaan suatu rangkian selama pengujian [4]. Ohm yang dilambangkan dengan simbol omega (Ω) merupakan satuan resistansi dari sebuah resistor yang bersifat resistif.

Gambar 2.10 Gambar Resistor

2.12 Arduino RobotDyn Mega + Wifi

Terdapat beberapa jenis Arduino antara lain Arduino Mega,Uno, Promini, dan Nano. Dalam rancang bangun ini digunakan modul Arduino Mega. Arduino Mega adalah board (papan) mikrokontroler berbasiskan Atmega2560 sebuah keeping yang secara fungsional bertindak seperti sebuah komputer. Arduino Mega 2560 memiliki 54 pin digital input/output,dimana 15 pin dapat digunakan sebagai output PWM,16 pin sebagai input analog, dan 4 pin sebagai UART (port serial hardware), 16 MHz kristal osilator, koneksi USB, jack power, header ICSP,dan tombol reset yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler tersebut.

Untuk dapat mengaktifkan Arduino Mega 2560 cukup dengan menghubungkannya ke komputer melalui kabel USB atau power dihubungkan dengan adaptor AC-DC atau baterai. Arduino Mega 2560 beroperasi pada tegangan 5 volt. Setiap pin dapat memberikan atau menerima arus maksimum 40 mA dan memiliki resistor pull-up internal (yang terputus secara default) sebesar 20-5- kOhms.Arduino Mega 2560 memiliki tombol reset yang dihubungkan dengan ground berfungsi ketika tombol reset ditekan saat terjadi eror menjalankan program akan kembali pada keadaan stan by.Arduino Mega 2560 memiliki pengalamatan suatu input dan output diantaranya adalah pin Mode(pin, mode) berfungsi untuk menetapkan mode input atau output dari suatu pin [12]. Gambar Arduino mega diperlihatkan pada Gambar 2.11.

Gambar 2.11 Gambar Arduino RobotDyn Mega + Wifi.

Berikut adalah Tabel 2.3 menunjukkan table spesifikasi pada Arduino RobotDyn Mega + Wifi.

Tabel 2.3 Spesifikasi pada Arduino RobotDyn Mega + Wifi

Konfigurasi pin Arduino Mega 2560 berdasarkan Gambar 2.7 adalah sebagai berikut:

a. 5V adalah sebuah pin yang mengeluarkan tegangan ter-regulator 5 Volt, dari pin ini tegangan sudah diatur (ter-regulator) dari regulator yang tersedia (built-in) pada papan. Arduino dapat diaktifkan dengan sumber daya baik

Microcontroller ATmega2560

IC Wi-Fi ESP8266

USB-TTL converter CH340G

Power Out 5V-800mA

Power IN. USB 5V (500mA max.) Power IN. VIN/DC Jack 9-24V

Power Consumption 5V 800mA Logic Level 5V

Wifi Wi-Fi 802.11 b/g/n 2.4 GHz

USB Micro USB

Clock Frequency 16MHz Operating Supply Voltage 5V

Digital I/O 54 Analog I/O 16 Memory Size 256kb Data RAM Type/Size 8Kb Data ROM Type/Size 4Kb

Interface Type serial\OTA Operating temperature −40С°/+125С°

Length×Width 53.361×101.86mm antenna Buil-in\external antenna

berasal darijack power DC (7-12 Volt), konektor USB (5 Volt), ataupin VIN pada board(7-12 Volt). Memberikan tegangan melalui pin5V atau 3.3V secara langsung tanpa melewati regulator dapat merusak papan Arduino.

b. 3V3 adalah sebuah pin yang menghasilkan tegangan 3,3 Volt. Tegangan ini dihasilkan oleh regulator yang terdapat pada papan (on-board). Arus maksimum yang dihasilkan adalah 50 mA.

c. GND adalahPin Ground atau Massa.

d. IOREF adalah pin ini pada papan Arduino berfungsi untuk memberikan referensi tegangan yang beroperasi pada mikrokontroler. Sebuah perisai (shield) dikonfigurasi dengan benar untuk dapat membaca pintegangan IOREF dan memilih sumber daya yang tepat atau mengaktifkan penerjemah tegangan (voltage translator) pada output untuk bekerja pada tegangan 5 Volt atau 3,3 Volt.

e. 16 pin sebagai input atau output analog yaitu pin A0 sampai dengan A15.

f. 54 pin sebagai input atau output digital yaitu pin D0 sampai dengan D53 tetapi ada 15 pin untuk output PWM.

g. Serial terdiri dari Serial : 0 (RX) dan 1 (TX), Serial 1 : 19 (RX) dan 18 (TX),a.Serial 2 : 17 (RX) dan 16 (TX), dan Serial 3 : 15 (RX) dan 14 (TX).

Digunakan untuk menerima (RX) dan mengirimkan (TX) data serial TTL.

Pins 0 dan 1 juga terhubung ke pin chip ATmega16U2 SerialUSB-to-TTL.

h. Eksternal Interupsi berada pada pin2 (interrupt0), pin3 (interrupt1), pin18(interrupt5), pin19 (interrupt4), pin20 (interrupt3), dan pin21 (interrupt2). Pin ini dapat dikonfigurasi untuk memicu sebuah interupsi pada nilai yang rendah, meningkat atau menurun, atau perubah nilai.

i. SPI berada pada pin 50 (MISO), pin51 (MOSI),pin52 (SCK),pin53 (SS).Pin ini mendukung komunikasi SPI menggunakan perpustakaan SPI. Pin SPI juga.

j. AREF adalah referensi tegangan untuk input analog. Digunakan dengan fungsi analog Reference().

k. RESET adalah jalur LOW ini digunakan untuk me-reset (menghidupkan ulang) mikrokontroler. Jalur ini biasanya digunakan untuk menambahkan tombol reset pada shield yang menghalangi board utama Arduino.

2.13 Modul ESP8266

ESP8266 adalah sebuah modul WiFi yang akhir-akhir ini semakin digemari para hardware developer. Selain karena harganya yang sangat terjangkau, modul WiFi serbaguna ini sudah bersifat SoC (System on Chip), sehingga kita bisa melakukan programming langsung ke ESP8266 tanpa memerlukan mikrokontroller tambahan. Kelebihan lainnya, ESP8266 ini dapat menjalankan peran sebagai adhocakses poin maupun klien sekaligus. Adapun Gambar 2.12 memperlihatkan gambar suatu modul ESP8266.

Gambar 2.12 Gambar Modul ESP8266

Modul ESP8266 memiliki cara kerja masing-masing seperti yang terlihat pada Tabel 2.4.

Tabel 2.4 Cara Kerja Modul ESP8266

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian

Adapun Tempat dan Waktu Pelaksanaan penelitian yang akan dilakukan adalah sebagai berikut :

3.1.1 Tempat Penelitian

Pembuatan rancang bangun alat monitoring arus, tegangan dan suhu ini dilaksanakan di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

3.1.2 Waktu Penelitian

Waktu pembuatan rancang bangun alat ini dilaksanakan kurang lebih selama satu bulan.

3.2 Alat dan Bahan

Adapun peralatan yang digunakan dalam melakukan pembuatan rancang bangun ini adalah sebagai berikut :

1. 3 Unit sensor ACS712

Sensor arus yang digunakan dalam mendeteksi nilai arus yang mengalir adalah sensor arus CT ACS712. Adapun Gambar 3.1 menunjukkan gambar CT ACS712.

Gambar 3.1 Sensor ACS712

2. 7 Unit Transistor NPN BD 139

Transistor kerjanya adalah menghubungkan beban pada kolektor dengan ground (menggroundkan suatu beban), dapat dilihat pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2 Transistor NPN BD 139

3. 6 Unit Dioda IN 4602

Dioda ini berfungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya dan gambar diode dapat dilihat pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3 Dioda IN 4602

4. IC LM324

IC LM324 merupakan IC Operational Amplifier, IC ini mempunyai 4 buah op-amp yang berfungsi sebagai comparator. IC ini mempunyai tegangan kerja antara +5 V sampai +15V untuk +Vcc dan -5V sampai -15V untuk -Vcc, dapat dilihat pada Gambar 3.4

Gambar 3.4 IC LM324

5. IC AN7805

I

C jenis ini digunakan untuk meregulasi tegangan yang akan digunakan dalam sebuah rangkaian, dapat dilihat pada Gambar 3.5

Gambar 3.5

IC AN7805

6. 4 Unit Kapasitor 220 µF/50 volt

Kapasitor ini merupakan alat elektronik yang dapat menyimpan muatan energi di dalam medan listrik, dengan cara mengumpukan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik dan dapat dilihat pada Gambar 3.6.

Gambar 3.6 Kapasitor 220 µF/50 Volt

7. 6 Unit Kapasitor 10 µF/50 Volt

Kapasitor adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk menyimpan muatan listrik, selain itu kapasitor juga dapat digunakan sebagai penyaring frekuensi dapat dilihat pada Gambar 3.7.

Gambar 3.7 Kapasitor 10 µF/50 Volt

8. 4 Unit Trafo Step Down

Trafo step down yang fungsinya sebagai penurun tegangan. Pada trafo jenis ini memiliki kumparan primer dengan jumlah yang lebih banyak dibandingkan dengan kumparan sekundernya, dapat dilihat pada Gambar 3.8.

Gambar 3.8 Trafo Step Down

9. 8 Unit Lampu Pijar Philips ( 100 watt)

Dalam rancang bangun ini, beban yang digunakan adalah 7 buah lampu pijar philips dengan daya 100 watt dapat dilihat pada Gambar 3.9.

Gambar 3.9 Lampu Pijar Philips 100 Watt

3.3 Variabel Yang Diamati

Pada penelitian ini, ada hal yang menjadi variable untuk diamati dan dianalisa sebagai berikut :

• Arus yang terdeteksi oleh sensor CT ACS 712.

• Tegangan yang terdeteksi oleh Trafo Step Down.

• Suhu yang terdeteksi oleh LM35.

• Indikator HP/ Laptop yang menampilkan hasil pengukuran.

3.4 Rangkaian Pengujian

Dalam proses perancangan, maka rangkaian dibagi menjadi beberapa bagian dari kesatuan rangkaian sistem yang akan dirancang.

3.4.1 Rangkaian Arduino RobotDyn Mega + Wifi dan Sensor Arus

Rangkaian Arduino RobotDyn Mega + Wifi dan Sensor Arus menunjukkan bagaimana proses sensor arus bekerja untuk memonitoring nilai arus pada rangkaian. Dimana sensor arus yang digunakan adalah sensor arus CT ACS712.

Adapun Gambar 3.10 menunjukkan hubungan rangkaian arduino dan sensor arus.

Gambar 3.10 Rangkaian Arduino RobotDyn Mega + Wifi dan Sensor Arus.

3.4.2 Rangkaian Arduino RobotDyn Mega + Wifi dan Sensor Tegangan Rangkaian Arduino RobotDyn Mega + Wifi dan sensor tegangan menunjukkan bagaimana proses sensor tegangan bekerja untuk memonitoring nominal tegangan pada rangkaian. Dimana sensor tegangan yang digunakan adalah Trafo Step Down. Adapun Gambar 3.11 menunjukkan hubungan rangkaian arduino dan sensor tegangan.

Gambar 3.11 Rangkaian Arduino RobotDyn Mega + Wifi dan Sensor Tegangan

3.4.3 Rangkaian Arduino RobotDyn Mega + Wifi dan Sensor Suhu

Rangkaian Arduino dengan sensor suhu menunjukkan bagaimana hubungan sensor suhu sebagai alat monitoring besaran suhu pada transformator. Dimana sensor suhu yang digunakan adalah LM35. Gambar 3.12 menunjukkan rangkaian Arduino Robotdyn Mega + Wifi dan sensor suhu.

Gambar 3.12 Rangkaian Arduino RobotDyn Mega + Wifi dan Sensor Suhu.

3.4.4 Rangkaian Hubungan Arduino RobotDyn Mega + Wifi Dengan User Rangkaian hubungan Arduino dengan user menggambarkan proses tahapan- tahapan transmisi nilai parameter output dari Arduino yang dibaca ESP 8266 menuju pengguna. Gambar 3.13 menggambarkan rangkaian hubungan Arduino dengan user.

Gambar 3.13 Rangkaian Arduino RobotDyn Mega + Wifi dengan User.

3.4.5 Rangkaian Sistem

Rangkaian sistem monitoring arus, tegangan, dan suhu ditunjukkan pada Gambar 3.14. Arduino yang dihubungkan kesetiap sensor akan menjadi input pada modul A0 untuk Arduino Robotdyn Mega + Wifi , sementara pada phasa R,S,T dihubungkan sensor tegangan dan arus yang akan menjadi input D pada ESP8266.

Gambar 3.14 Rangkaian Sistem.

3.5 Prosedur Penelitian

Adapun prosedur penelitian pengujian alat rancang bangun ini adalah : 1. Hubungkan peralatan monitoring dengan memasang kabel pada

terminal input dan terminal output.

2. Pada terminal output hubungkan setiap fasa (R,S,T) dengan beban lampu 100 watt setiap fasa nya.

3. Hubungkan terminal input pada catu daya PLN 220 V.

4. Upload program pada peralatan monitoring.

5. Hubungkan perangkat monitoring dan laptop sebagai media user ke perangkat Wifi.

6. Membuka halaman web browser lalu login ke alamat web.

7. Memperhatikan data yang ditampilkan pada halaman web browser.

8. Tambahkan kembali beban pada terminal output hingga arus melebihi batas yang ditentukan (2A).

9. Memperhatikan kembali data yang ditampilkan pada halaman web browser.

3.6 Diagram Alir Penelitian

Pada penelitian yang dilakukan langkah-langkah pelaksanaan penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.15.

Gambar 3. 15 Diagram Alir Penelitian

BAB IV

PENGUJIAN ALAT DAN ANALISA

4.1 Pengujian Pembacaan Sensor Arus ACS712

Untuk memonitoring arus yang mengalir maka diperlukan satu alat sebagai pendeteksi. Dalam pengujian pembacaan sensor arus ini dilakukan tanpa dihubungkan ke relay. Oleh karena itu, data yang didapat merupakan data untuk mengetahui berapa nilai arus yang mengalir pada beban saja, tanpa memperhatikan pengaruh relay sebagai pemutus arus yang mengalir.

Pada pengukuran beban lampu pijar 100 watt menggunakan clamp meter (tang ampere), didapat nilai faktor daya sebesar 0.96 ( rumus : P = V.I Cos φ)

Berikut adalah Tabel hasil pengujian pembacaan sensor arus ACS712 yang ditunjukkan pada Tabel 4.1 dibawah ini.

Tabel 4.1 Pengujian Pembacaan Sensor Arus

No Beban Yang Diukur

Pengukuran Sensor Arus (A)

Pengukuran Arus Clamp Ampere (A)

Error (%)

1 Lampu 100 W 0.44 0.47 6.81

2 Lampu 100 W

0.89 0.94 5.61

Lampu 100 W

3

Lampu 100 W

1.38 1.42 2.89

Lampu 100 W Lampu 100 W

4

Lampu 100 W

1.82 1.89 3.84

Lampu 100 W Lampu 100 W Lampu 100 W

5

Lampu 100 W

2.26 2.36 4.42

Lampu 100 W Lampu 100 W Lampu 100 W Lampu 100 W

6

Lampu 100 W

2.74 2.84 3.64

Lampu 100 W Lampu 100 W Lampu 100 W Lampu 100 W Lampu 100 W

7

Lampu 100 W

3.15 3.31 5.07

Lampu 100 W Lampu 100 W Lampu 100 W Lampu 100 W Lampu 100 W Lampu 100 W

Hasil pengujian sensor arus ACS712 yang bekerja pada sistem menunjukkan hasil yang baik dimana pengujian pada sensor arus memiliki selisih nilai yang sedikit berbeda dengan pengukuran arus beban menggunakan clamp meter.

Nilai persentase error pada pengujian sensor arus dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut ini :

% Error = 𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑎𝑐𝑎− 𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑠𝑒𝑏𝑒𝑛𝑎𝑟𝑛𝑦𝑎

𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑎𝑐𝑎

x100%

- Beban 1 : %Error = 0,44 − 0,47

0,44

x 100 %

= 6,81 %

- Beban 2 : %Error = 0,89 − 0,94

0,89

x 100 %

= 5,61 %

- Beban 3 : %Error = 1,38− 1,42

1,38

x 100 %

= 2,89 %

- Beban 4 : %Error = 1,82 − 1,89

1,82

x 100 %

= 3,84 %

- Beban 5 : %Error = 2,26 − 2,36

2,26

x 100 %

= 4,42 %

- Beban 6 : %Error = 2,74 − 2,84

2,74

x 100 %

=

3,64 %

- Beban 7 : %Error = 3,15 − 3,31

3,15

x 100 %

= 5,07 %

4.2 Pengujian Pembacaan Sensor Tegangan

Untuk melakukan monitoring tegangan digunakan sensor tegangan step down sebagai pembaca nilai tegangan transformator. Dalam pengujian pembacaan sensor tegangan ini juga dilakukan tanpa menghubungkan relay dengan sensor tegangan. Tampilan pembacaan sensor tegangan di tampilkan dengan skala 1:10 dari nilai sebenarnya .

Berikut adalah Tabel hasil pengujian pembacaan nilai sensor tegangan yang ditunjukkan pada Tabel 4.2 dibawah ini :

Tabel 4.2 Pengujian Pembacaan Sensor Tegangan

V(Input) (Volt) Vsensor (Volt) % Error (%)

110 1,13 2,72

120 1,19 0,83

130 1,31 0,76

140 1,38 1,42

150 1,47 2,00

160 1,59 0,62

170 1,70 0,00

180 1,81 0,55

190 1,89 0,52

200 2,02 1,00

210 2,11 0,47

220 2,19 0,45

% Error = 𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑎𝑐𝑎− 𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑠𝑒𝑏𝑒𝑛𝑎𝑟𝑛𝑦𝑎

𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑎𝑐𝑎

x100%

- Kondisi 1 : %Error = ^{110 − 113}

110

x 100 %

= 2,72 %

- Kondisi 2 : %Error = ^{120 − 119}

120

x 100 %

= 0,83 %

- Kondisi 3 : %Error = ^{130 − 131}

130

x 100 %

= 0,76 %

- Kondisi 4 : %Error = ^{140 − 138}

140

x 100 %

= 1,42 %

- Kondisi 5 : %Error = ^{150 − 147}

150

x 100 %

= 2,00 %

- Kondisi 6 : %Error = ^{160 − 159}

160

x 100 %

= 0,62 %

- Kondisi 7 : %Error = ^{170 − 170}

170

x 100 %

= 0,00 %

- Kondisi 8 : %Error = ^{180 − 181}

180

x 100 %

= 0,55 %

- Kondisi 9 : %Error = ^{190 − 189}

190

x 100 %

= 0,52 %

- Kondisi 10 : %Error = ^{200 − 202}

200

x 100 %

= 1,00 %

- Kondisi 11 : %Error = ^{210 − 211}

210

x 100 %

= 0,47 %

- Kondisi 12 : %Error = ^{220− 219}

220

x 100 %

= 0,45 %

4.3 Pengujian Pembacaan Sensor Suhu

Dalam monitoring suhu digunakan sensor suhu LM35 sebagai sensor untuk mengukur nilai suhu peralatan. Dalam pengukuran pembacaan sensor suhu juga dilakukan dengan tidak menghubungkan relay dengan sensor suhu.

Berikut adalah Tabel hasil pengujian pembacaan nilai sensor tegangan yang ditunjukkan pada Tabel 4.3 dibawah ini :

Tabel 4.3 Pengujian Pembacaan Sensor Suhu

Temperatur Output Sensor % Error (%)

28 0,281 0,35

29 0,292 0,68

30 0,304 1,33

31 0,313 0,96

32 0,324 1,25

33 0,335 1,51

34 0,346 1,76

35 0,353 0,85

36 0,368 1,94

37 0,379 2,43

38 0.387 1,84

39 0,396 1,53

40 0,402 0,50

% Error = 𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑎𝑐𝑎− 𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑠𝑒𝑏𝑒𝑛𝑎𝑟𝑛𝑦𝑎

𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑎𝑐𝑎

x100%

- Kondisi 1 : %Error = ^{28 − 28,1}

28

x 100 %

= 0,35 %

- Kondisi 2 : %Error = ^{29 − 29,2}

29

x 100 %

= 0,68 %

- Kondisi 3 : %Error = ^{30 − 30,4}

30

x 100 %

= 1,33 %

- Kondisi 4 : %Error = ^{31 − 31,3}

31

x 100 %

= 0,96 %

- Kondisi 5 : %Error = ^{32 − 32,4}

32

x 100 %

= 1,25 %

- Kondisi 6 : %Error = ^{33 − 33,5}

33

x 100 %

= 1,51 %

- Kondisi 7 : %Error = ^{34 − 34,6}

34

x 100 %

= 1,76 %

- Kondisi 8 : %Error = ^{35 − 35,3}

35

x 100 %

= 0,85 %

- Kondisi 9 : %Error = ^{36 − 36,8}

36

x 100 %

= 1,94 %

- Kondisi 10 : %Error = ^{37 − 37,9}

37

x 100 %

= 2,43 %

- Kondisi 11 : %Error = ^{38 − 38,7}

38

x 100 %

= 1,84 %

- Kondisi 12 : %Error = ^{39 − 39,6}

39

x 100 %

= 1,53 %

- Kondisi 13 : %Error = ^{40 − 40,2}

40

x 100 %

= 0,50 %

4.4 Hasil Pengujian Sistem

Pada pengujian sistem ini akan ada data yang diterima oleh user sebagai bentuk informasi nilai tegangan, arus, dan suhu pada transformator. Adapun data dapat berubah sewaktu-waktu tergantung dari keadaan sebenarnya (realtime) pada transformator. Modul ESP 8266 digunakan sebagai media wifi, besaran arus dan tegangan phasa R,S,T diinput pada pin analog Arduino Mega dan besaran suhu diinput pada pin analog ESP 8266.

Setelah rangkaian monitoring dihubungkan maka akan ada besaran arus, tegangan dan suhu yang dibaca. Nilai dari besaran tersebut lalu disimpan pada database dan ketika user meminta data dengan menghubungkan perangkat pada Wifi yang sudah terhubung dengan perangkat monitoring maka nilai-nilai arus,tegangan dan suhu akan di kirimkan sehingga muncul pada perangkat user besaran nilai arus, tegangan dan suhu secara realtime. Hasil pengujian sistem dapat dilihat pada Tabel 4.4 dibawah ini.

Tabel 4.4 Tabel Pengujian Sistem

Waktu Arus

(Ampere)

Tegangan (Volt)

Suhu (°C)

R S T R S T

16:10 0,47 0,47 0,48 236 234 235 28

16:20 0,47 0,47 0,48 236 234 235 29

16:30 0,47 0,47 0,48 236 234 235 30

16:40 0,48 0,49 0,48 235 234 235 32

16:50 0,48 0,49 0,48 235 234 235 36

17:00 0,48 0,48 0,47 235 234 235 40

Berikut dibawah ini adalah gambar pengujian sistem akan digambarkan pada gambar 4.1 dibawah ini.

Gambar 4.1 Gambar Pengujian sistem

Apabila dilakukan perhitungan manual pada rangkaian maka nilai yang tetap adalah nilai impedansi (ohm). Hal ini disebabkan oleh sistem tegangan PLN yang tidak stabil pada 220 volt sehingga daya lampu yang awal nya 100 watt mengalami perubahan nilai dikarenakan perbedaan tegangan tersebut.

𝑅 =𝑉² 𝑃 𝑅 =220 ² 𝑣𝑜𝑙𝑡

100 𝑤 𝑅 = 484 Ω

Maka dengan nilai impendansi 484 ohm dapat dihitung nilai daya setelah perbedaan nilai tegangan dari keadaan normal yaitu :

𝑃 =𝑉² 𝑅 𝑃 =232²

484 𝑃 = 111,2 𝑤𝑎𝑡𝑡

Maka nilai arus yang terbaca pada rangkaian adalah : 𝐼 =𝑃

𝑉 𝐼 =111,2

232

𝐼 = 0.4793 atau 0.48 A

Maka dapat disusun tabel persentase error alat seperti tabel 4.5 dibawah ini :

Tabel 4.5 Persentase error arus pada pengujian sistem IR (A) IS(A) IT (A) I (A) % Error

Ir

% Error IS

% Error IT

0,47 0,47 0,48 0.4793 1.93 1.93 0.14

0,47 0,47 0,48 0.4793 1.93 1.93 0.14

0,47 0,47 0,48 0.4793 1.93 1.93 0.14

0,48 0,49 0,48 0.4793 0.14 2.18 0.14

0,48 0,49 0,48 0.4793 0.14 2.18 0.14

0,48 0,48 0,47 0.4793 0.14 0.51 1.93

Berikut dibawah ini adalah gambar perhitungan tegangan sistem dengan menggunakan volt meter yang akan ditunjukkan pada Gambar 4.2.

Gambar 4.2 Pengujian tegangan sistem menggunakan Volt meter

Setelah dilakukan pengujian sistem maka dapat disusun tabel persentase error pengukuran tegangan pada sistem yang akan disusun pada tabel 4.6.

Tabel 4.6 Persentase error tegangan pada pengujian sistem VR (V) VS(V) VT (V) V (V) % Error

Vr

% Error VS

% Error VT

236 234 235 233.2 1.04 0.34 0.76

236 234 235 233.2 1.04 0.34 0.76

236 234 235 233.2 1.04 0.34 0.76

235 234 235 233.2 0.76 0.34 0.76

235 234 235 233.2 0.76 0.34 0.76

235 234 235 233.2 0.76 0.34 0.76

Nilai pengujian temperatur suhu pada pengujian sistem cenderung meningkat, hal ini disebabkan karena pengujian menggunakan lampu yang sifatnya meningkatkan temperatur karna semakin panas. Pada pengujian ini dilakukan pengukuran manual dengan barometer yang memiliki input nilai suhu terhadap kenaikan temperatur yang dapat dilihat pada tabel 4.7.

Tabel 4.7 Persentase error suhu pada pengujian system

Temperatur pada monitor

Temperatur pada thermometer

% Error Vr

28 28 0.0

29 29 0.0

30 31 3.3

32 32 0.0

36 37 2.7

40 39 2.5

4.5 Sistem Wifi Peralatan

Wi-Fi adalah sebuah teknologi terkenal yang memanfaatkan peralatan elektronik untuk bertukar data secara nirkabel melalui sebuah jaringan komputer, termasuk koneksi Internet berkecepatan tinggi. Wi-Fi sebagai produk jaringan wilayah lokal nirkabel (WLAN). Titik akses seperti itu mempunyai jangkauannya dibatasi di dalam ruangan. Spesifikasi Wifi dibagi menjadi beberapa spesifikasi dan setiap spesifikasinya memiliki kecepatan dan frequensi yang berbeda. Maka dalam alat ini kita menggunakan web sebagai sistem dengan informasi yang dapat menyajikan tampilan dalam bentuk teks yang tersimpan dalam sebuah server Web internet yang disajikan dalam bentuk hiperteks. Web dapat diakses oleh perangkat lunak client web yang disebut browser. Browser membaca halaman – halaman web yang tersimpan dalam server web melalui protocol yang disebut Hipertext Transfer Protocol (HTTP). Berikut adalah tampilan alamat ip program melalui permintaan kita mengirimkan HTTP ke server web. Gambar 4.3 menunjukkan tampilan wifi yang berada pada perangkat Arduino Atmega.

Gambar 4.3 Tampilan Wifi di perangkat Arduino

Pada Gambar 4.4 yang menggambarkan Web dapat diakses oleh perangkat lunak client web yang disebut browser. Web browser merupakan interface dari alat monitoring trafo distribusi berbasis wifi ini.

Gambar 4.4 Mencari alamat IP yang ada di ESP8266.

Pada tahapan ini Gambar 4.5 menunjukkan akan dilakukan penginputan alamat IP yang sama dengan angka yang ditetapkan oleh modul ESP8266 pada Web Browser.

Gambar 4.5 Gambar Web Browser yang memiliki nilai IP sama.

Setelah memasukkan alamat IP maka akan ditampilkan data hasil monitoring sistem seperti pada Gambar 4.6.

Gambar 4.6 Tampilan Hasil Monitoring Sistem secara Realtime.

Di dalam Gambar 4.7 penginputan dapat dilihat pada coding pencarian ip di web browser yang dilampirkan pada Lampiran Tugas Akhir.

Gambar 4.7 Gambar coding pencarian wifi.