Rangkaian Perangkat Keras Pengalih Sumber Listrik Berbasis SMS
Adi Putra Harahap1, Wakhyu Dwiono2, Noptin Harpawi31,2Program Studi Teknik Telekomunikasi, Politeknik Caltex Riau 3Program Studi Teknik Elektronika Telekomunikasi, Politeknik Caltex Riau
Email: Email: [email protected] Abstrak
Catu daya utama yang diperoleh dari jaringan listrik PLN (Perusahaan Listrik Negara), tidak selamanya tersedia setiap saat, bisa saja terjadi pemadaman sewaktu-waktu, yang dikarenakan adanya pemeliharaan jaringan ataupun adanya gangguan. Terputusnya aliran listrik ini akan sangat mengganggu kegiatan-kegiatan yang bersifat penting. Untuk mengantisipasi hal tersebut, dapat digunakan genset sebagai sumber listrik cadangan. Secara umum, pengoperasian genset memerlukan prosedur yang tidak selalu dapat dipahami oleh setiap orang, hanya operator sajalah yang memiliki kemampuan tersebut. Untuk mempermudah pengoperasian ini, maka dibuatlah alat ATS (Automatic Transfer Switch) dan AMF (Automatic Main Failure) yang akan menghidupkan genset ketika sumber listrik utama padam serta mematikan genset ketika sumber utama kembali menyala. Sistem ini menggunakan fasilitas SMS pada jaringan GSM, untuk mengkonfirmasi penyalaan genset serta status genset (kapasitas bahan bakar yang tersedia dan kondisi baterai). Pengiriman SMS dan pengaturan pensaklaran dilakukan oleh rangkaian mikrokontroler ATMega 8535. Dari hasil pengujian menggunakan jaringan GSM Telkomsel, diperlukan waktu 5 detik untuk mengirimkan SMS konfirmasi, sedangkan waktu penyambungan beban adalah 60 detik setelah genset menyala. Sistem juga akan mengirim informasi pemakaian arus ke user setelah genset dinyalakan. Tanggapan sistem ini sangat dipengaruhi oleh kondisi jaringan GSM yang dipakai.
Kata kunci: ATS, AMF, Genset
Abstract
The main power that is supplied by the PLN (State Electricity Company) power grid, do not always available at any time. It could have been switched off at any time, due to maintenance or network disturbance. This condition will disturb many important activities. To anticipate this, the electric generator can be used as a backup power source. Usually, to operate the generator requires some procedure that can’t always be understood by everyone, only the operator has such capabilities. To facilitate this operation, it was made a tool named ATS (Automatic Transfer Switch) and AMF (Automatic Main Failure) that will turn on the generator when the main power source being switched off and will turn off the generator when the main source being switched on. The system uses the SMS facility on GSM networks, to confirm the ignition generator and generator status (capacity of available fuel and battery condition). Sending SMS and switching control are done by ATMega 8535 microcontroller circuit. From the test results using Telkomsel GSM network, it takes 5 seconds to send a confirmation SMS, while the load connecting time was 60 seconds after the generator turns on. The system will also send information to the user's about current usage after the generator is turned on. The response system is highly affected by the GSM network being used.
Keywords: ATS, AMS Generator set
1 Pendahuluan
Dengan perkembangan teknologi, manusia menjadi semakin tergantung dengan energi listrik. Hampir semua kegiatan manusia modern adalah melibatkan penggunaan energi listrik. Mulai dari aktivitas rumah tangga, hingga kegiatan industri adalah menggantungkan pada energi listrik. Dengan kondisi seperti ini maka, pemenuhan energi listrik secara berkesinambungan adalah menjadi suatu keharusan. Energi listrik yang dipakai di negara Indonesia sebagian besar dipasok dari jaringan PLN. Pasokan energi dari PLN ini tidak bersifat kontinyu untuk selamanya. Ada saatnya pasokan listrik dari PLN terputus karena adanya perawatan jaringan
atau adanya gangguan dalam jaringan. Dengan terputusnya pasokan energi listrik ini, akan mengakibatkan sebagian besar aktifitas masyarakat menjadi terhenti, jika aktifitas tersebut adalah aktifitas produksi atau hal yang penting lainnya, maka akan menimbulkan banyak kerugian. Oleh karenanya, sangat diperlukan adanya sumber listrik cadangan, seperti genset.Untuk menyalakan genset diperlukan langkah-langkah yang sesuai dengan prosedur pengoperasian. Tidak semua orang memahami prosedur tersebut, oleh karenanya diperlukan sistem pengalihan sumber dari PLN ke Genset yang dapat bekerja secara otomatis, baik ketika terjadi pemadaman listrik ataupun ketika listrik kembali menyala.
Penelitian tentang sistem pengalih sumber listrik otomatis telah dilakukan oleh beberapa peneliti sebelumnya. Mikrokontroler [2,1] dan PLC [4] telah dipilih untuk digunakan sebagai pengendali sistem secara keseluruhan. Chandra [1], menggunakan mikrokontroler AT89S52 untuk mengendalikan dan memonitor genset melalui SMS Gateway. Sms diterima dan dikirim menggunakan perangkat telepon genggam. Setiap kejadian direkam ke dalam sistem basis data menggunakan PC. UPS juga digunakan dalam Purbhadi [3] sebagai sumber tenaga cadangan energi untuk menyalakan genset. Kondisi listrik padam diamati menggunakan kontaktor-kontaktor. Ketika terjadi pemadaman listrik utama, maka kontaktor yang dirangkai sedemikian rupa dapat menyambungkan motor untuk starting genset. Ketika genset sudah menyala, maka beban dipindahkan dari UPS ke genset. Ketika listrik utama menyala kembali maka kontaktor-kontaktor akan bekerja mengembalikan sambungan beban ke listrik utama dan genset dimatikan.
Berbeda dengan Chandra[1] dan Purbhadi[3], Shiba[4] telah membuat sistem ATS dan AMF dengan memanfaatkan PLC sebagai pengendali utama. Tegangan listrik dari PLN di deteksi dengan detektor tegangan, yang berguna untuk memberikan informasi kondisi pasokan listrik dari PLN. Ketika terdeteksi pemadaman listrik PLN, maka PLC akan segera menyalakan genset. Frekuensi genset diindera menggunakan sensor frekuensi. Ketika frekuensi listrik keluaran genset mencapai 50 Hz, maka PLC akan menyalurkan energi listrik genset ke beban melalui kontaktor. Genset akan dimatikan lagi ketika listrik dari PLN kembali menyala. Shiba [4] juga telah melengkapi sistem yang telah dibuat dengan sensor level bahan bakar, oli mesin serta temperatur genset. Informasi dari sensor-sensor ini digunakan selama pengoperasian genset.
Dalam makalah ini, akan dijelaskan sistem ATS dan AMF yang dilengkapi dengan sistem konfirmasi melalui SMS, yang berbeda dengan penelitian-penelitian sebelumnya. Rangkaian kendali menggunakan mikrokontroler ATMega8535 sebagai pengendali utama, SMS dikirimkan dan diterima melalui card SIM300C. SMS ini digunakan untuk proses konfirmasi penyalaan genset serta informasi status dari genset.
1.1 Generator
Generator adalah mesin yang dapat mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik melalui proses induksi elektromagnetik. Generator ini memperoleh energi mekanis dari prime mover. Generator arus bolak-balik (AC) dikenal dengan sebutan alternator. Genset merupakan suatu alat yang dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.. Genset dapat digunakan sebagai sistem cadangan listrik atau "off-grid" (sumber daya yang tergantung atas kebutuhan pemakai).
1.2 Relay
Relay adalah sebuah saklar magnetic yang biasanya menggunakan medan magnet dan sebuah kumparan untuk membuka atau menutup satu atau beberapa kontak saklar pada saat relay dialiri arus listrik. Pada dasarnya relay terdiri dari sebuah lilitan kawat yang terlilit pada suatu inti besi dari besi lunak berubah menjadi magnet yang menarik atau menolak suatu pegas sehingga kontak pun menutup atau membuka. Relay mempunyai anak kontak yaitu NO (Normally open) dan NC (Normally Close. Cara kerja komponen ini dimulai pada saat mengalirnya arus listrik melalui koil, yang kemudian membuat medan magnet di sekitarnya dan
merubah posisi saklar sehingga dapat digunakan untuk mengalirkan arus listrik yang lebih besar.
Gambar 1 Relay
1.3 Kontaktor
Kontaktor adalah peralatan listrik yang bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Pada kontaktor terdapat sebuah belitan yang jika dialiri arus listrik akan timbul medan magnet pada inti besinya. Medan magnet ini, nantinya akan berguna untuk menarik atau menolak kontak. Kontak pada kontaktor terdiri dari kontak utama dan kontak bantu. Kontak utama digunakan untuk rangkaian daya sedangkan kontak bantu digunakan untuk rangkaian kontrol.
Apabila kumparan utama dialiri arus, maka akan timbul medan magnet pada inti besi yang akan menarik inti besi dari kumparan hubung singkat yang dikopel dengan kontak utama dan kontak bantu dari kontaktor tersebut. Hal ini akan mengakibatkan kontak utama dan kontak bantunya akan bergerak dari posisi normal kontaktor tersebut masih dialiri arus, maka kontak-kontaknya akan tetap pada posisi operasinya.
Gambar 2 Kontaktor
1.4 Sensor Arus ACS721
ACS712 adalah Hall Effect current sensor. Hall effect allegro ACS712 merupakan sensor yang presisi sebagai sensor arus AC ataupun DC yang telah diterapkan dalam dunia industri, otomotif, komersil dan sistem-sistem komunikasi. Pada umumnya aplikasi sensor ini adalah untuk mengontrol motor, deteksi beban listrik, switched-mode power supplies dan proteksi beban berlebih.
Ketepatan yang tinggi dalam pembacaan arus ini dikarenakan ACS712 menggunakan rangkaian low-offset linear Hall dengan satu lintasan yang terbuat dari tembaga. Sensor ini bekerja ketika ada arus yang mengalir melalui kabel tembaga dalam lingkungan medan magnet yang kemudian oleh integrated Hall IC akan diubah menjadi tegangan yang proporsional.
Gambar 3 Konfigurasi Pin ACS712 Beberapa fitur penting dari sensor arus ACS712 adalah: 1. Jalur sinyal analog yang rendah noise
2. Waktu naik keluaran 5 mikrodetik dalam menanggapi langkah masukan aktif 3. Bandwith 50 kHz
4. Total error keluaran 1,5% pada TA = 25°, dan 4% pada -40° C sampai 85° C 5. Resistansi internal 1.2 m .
2 Perancangan Sistem
Secara garis besar, blok diagram sistem diperlihatkan dalam Gambar 4, sedangkan flowchart sistem adalah diperlihatkan pada Gambar 5.
Gambar 4 Blok Diagram Perancangan
Rangkaian ATS terdiri dari rangkaian mikrokontroler ATMega8535, rangkaian switch pengalih sumber listrik, rangkaian starting genset, rangkaian sensor arus dan tegangan, sensor bahan bakar serta card SIM300C.
Gambar 5 Flowchart sistem.
2.1 Rangkaian Pengalih Sumber Listrik
Rangkaian diatas memiliki fungsi sebagai pengalih sumber listrik PLN dan genset. Rangkaian ini menggunakan dua buah kontaktor yang memiliki fungsi interlock sehingga pada saat salah satu kontaktor aktif maka kontaktor yang lain akan terkunci sehingga tidak akan dapat menyala.
2.2 Rangkaian Starting Genset
Gambar 7 Rangkaian Starting Genset
Rangkaian ini berfungsi untuk melakukan starting genset pada saat terjadi pemadaman pada sumber listrik utama. Ketika terjadi pemadaman listrik utama, sistem akan mengirimkan SMS ke user apakah akan menyalakan genset atau tidak. Jika ada SMS konfirmasi penyalaan genset maka rangkaian ini akan menyalakan genset. Jika SMS yang diterima adalah konfirmasi untuk tidak menyalakan genset, maka gensetpun tidak akan dinyalakan. Namun jika user tidak mengirimkan SMS balasan dalam waktu tertentu yang telah ditetapkan, maka sistem akan menyalakan genset secara otomatis.
2.3 Rangkaian Sensor Arus
Rangkaian ini berguna untuk mengubah data arus menjadi tegangan dengan perbandingan kenaikan arus dan kenaikan tegangan adalah linear. Output dari ACS712 menyesuaikan dengan jenis arus inputnya baik AC maupun DC. Karena yang diukur adalah arus AC, maka sebelum tegangan output masuk kedalam ADC, output harus disearahkan terlebih dahulu.
Gambar 8 Rangkaian Sensor Arus
2.4 Rangkaian Sensor tegangan
Rangkaian sensor tegangan dibuat dengan menserikan dua buah resistor yang nilai nilainya telah diperhitungkan agar output yang didapat sesuai dengan kebutuhan. Fungsi dari
dari sensor tegangan disini adalah untuk mengetahui kualitas dari baterai genset, apakah masih layak atau tidak untuk digunakan.
Gambar 9 Rangkaian sensor tegangan
2.5 Rangkaian Sensor Bahan Bakar
Sensor bahan bakar berfungsi untuk mengetahui kapasitas bahan bakar dari genset. Rangkaian ini dibuat menggunakan pelampung bahan bakar pada sepeda motor, dimana pelampung tersebut dihubungkan dengan sebuah variabel resistor. Dengan menggunakan Op-Amp, variabel resistor tersebut dipasang sebagai Rf, dengan demikian perubahan nilai Rf akan mempengaruhi nilai penguatan dari Op-Amp. Output Op-Amp ini akan dimasukkan ke ADC pada mikrokontroler.
Gambar 10 Gambar sensor bahan bakar
3 Pengujian dan Analisa
Pengujian dilakukan untuk mendapatkan data, dan membandingkan apakah output dari alat yang dibuat sesuai dengan yang telah direncanakan.
3.1 Pengujian Sensor Arus
Dari rangkaian sensor arus ACS 712 didapatkan output tegangan DC dengan ripple yang kecil, sehingga bisa dikatakan output tegangan adalah DC, dengan perbandingan 100mV / Ampere. Data pembacaan arus akan semakin baik ketika arus yang diukur adalah berukuran besar (dalam orde amper).
Gambar 11 Pengukuran arus menggunakan alat ukur dan rangkaian pada sistem
Tabel 1 Hasil pengukuran arus menggunakan sensor arus Jumlah Beban Alat Ukur
(A) Sensor Arus (A) % error
1x300W 1,54 1,56 1,29%
2x300W 3,1 3,3 6,45%
3x300W 4,57 4,56 0,21%
3.2 Pengujian Sensor Tegangan
Dari output sensor tegangan yang sudah di kalkulasi menggunakan mikrokontroller maka pembacaan tegangan pada baterai sesuai dengan yang diharapkan dengan % error yang sangat kecil, Pengujian dilakukan dengan tiga kondisi yaitu pada saat baterai penuh, setengah, dan kosong( harus segera di isi ulang). Output pada sensor tegangan ditampilkan dalam persen(%).
Gambar 12 Gambar hasil pengukuran tegangan baterai pada saat penuh menggunakan alat ukur dan program
3.3 Pengujian Sensor Bahan Bakar
Dari output sensor bahan bakar yang telah dihitung menggunakan mikrokontroler maka output yang diperoleh adalah sesuai dengan yang diharapkan dengan % error yang kecil. Pengujian sensor bahan bakar dilakukan dalam beberapa level kapasitas, seperti terlihat dalam Tabel 2.
Gambar 13 Gambar hasil pengukuran level bahan bakar pada saat kosong menggunakan program Tabel 2 Pengukuran kapasitas tangki bahan bakar
Kapasitas(L) Rf( ) Vout(teori) Vout(Prak) %Error
2 500 5,1V 5V 1,9%
3 452 4,62V 4,6V 0,43%
4 395 4,05V 4,04V 0,24%
5 348 3,58V 3,5V 2,23%
6 312 3,22V 3,15V 2,1%
3.4 Pengujian Rangkaian pengalih Sumber listrik
Pengujian rangkaian ini adalah untuk mengetahui apakah pada saat genset telah menyala apakah sumber listrik dapat dialihkan dari PLN ke Genset. Dari hasil pengujian didapatkan bahwa rangkaian ini dapat bekerja dengan baik ketika pengalihan sumber listrik akan dilakukan.
Gambar 14 Gambar pada saat kontaktor genset closed dan kontaktor PLN open
3.5 Pengujian Rangkaian Starting Genset
Pengujian rangkaian ini adalah untuk melihat apakah pada saat PLN padam dan user mengirim perintah untuk mengalihkan sumber listrik genset dapat dinyalakan tanpa campur tangan manusia. Dari hasil pengujian diketahui genset akan dapat dihidupkan apabila posisi “choke” berada ditengah, tetapi dalam keadaan seperti ini bahan bakar genset akan cepat habis sehingga posisi “choke” harus dikembalikan keposisi “run” dengan bantuan tangan manusia.
4 Kesimpulan
Dari hasil pengujian sistem yang telah dilakukan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan yaitu:
1. Waktu yang diperlukan untuk mengirim SMS adalah 5 detik, sedangkan waktu untuk menyambungkan keluaran genset ke beban adalah 60 detik.
2. Catatan waktu ini berubah-ubah tergantung kondisi jaringan GSM. 3. Posisi “choke” harus berada ditengah pada saat starting genset dilakukan.
5 Daftar Pustaka
[1] Chandara Purnama Darmawan, A. R., Realisasi dan Perancangan Perangkat Kontrol Sistem Catu Daya di SMKN 2 Kendal dengan sms gateway berbasis mikrokontroler, dalam Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Informasi, pp.F9-F14, 2008.
[2] Yulianto, K., Rangkaian Pengalih Daya Otomatis Dari PLN Ke Genset Berbasis Mikrokontroler AT89S51, Tugas Akhir, Teknik Elektro, Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta, 2008.
[3] Purbhadi, I. A., Khoiri, M., Rancang Bangun Simulasi Otomasi Catu Daya Darurat tanpa Terputus, dalam Seminar Nasional V SDM Teknologi Nuklir, pp.277-284, 2009. [4] Shiha, M. N., Rancang Bangun Sistem Automatic Transfer Switch (ATS) dan Automatic
Main Failure (AMF) PLN – Genset Berbasis PLC Dilengkapi dengan Monitoring,Tugas Akhir, D4 Elektro Industri, PENS-ITS, Surabaya, 2011.
