viii ABSTRAK
Gardu distribusi merupakan komponen utama dari sistem distribusi tenaga listrik. Monitoring arus beban pada gardu distribusi harus dilakukan secara berkala untuk mencegah terjadinya gangguan. PLN sebagai penyedia kebutuhan listrik di Indonesia masih menggunakan cara konvensial dalam memonitoring arus beban yaitu dilakukan dengan datang ke lokasi dan langsung mengambil data. Jarak setiap gardu distribusi yang jauh serta waktu beban puncak yang berbeda-beda menghambat petugas dalam monitoring arus beban. Solusi untuk membantu meringankan petugas adalah suatu sistem monitoring arus beban pada gardu distribusi yang dapat dikontrol petugas dengan menggunakan SMS.
Sistem monitoring arus beban merupakan sebuah alat yang akan diintegerasikan pada gardu distribusi. Metode pembacaan arus beban menggunakan sensor arus YHDC SCT 013-000 1V. Nilai arus beban yang dibaca dan dikonversi oleh sensor, informasi waktu dan tanggal secara real time ditampilkan pada LCD. Alat ini dapat melakukan monitoring arus beban berdasarkan perintah yang dikirimkan petugas melalui SMS. Petugas akan secara otomatis mendapat SMS balasan informasi nilai arus beban masing-masing fasa pada gardu distribusi. Pada alat ini terdapat sistem data logger yang dapat digunakan untuk merekam perubahan arus beban pada gardu distribusi serta terdapat sistem notifikasi yang akan secara otomatis memberikan SMS peringatan saat arus beban mencapai batas maksimal dan minimal yang ditetapkan.
Pengimplementasian sistem monitoring arus beban dilakukan pada gardu distribusi KA-0298 pada jurusan I yang mensuplai Laboratorium Teknik Elektro Universitas Udayana. Perintah yang dikirim dengan kode “CEKARUS” dapat diterima dan direspon oleh sistem monitoring arus beban sesuai dengan perencanaan. Sistem data logger yang dirancang mampu menyimpan data arus beban pada gardu distribusi setiap satu jam.
ix
ABSTRACT
Distribution substation is the main component of the electricity distribution system. Monitoring the at the load current at the distribution substation should be done regularly to prevent disturbance. PLN as a provider of electricity needs in Indonesia are still using the conventional method in monitoring the load current is carried by coming to the location and retrieve data. The distance of each distribution substation is much with different peak load time inhibit the officer in monitoring load current. Solutions to help the officer is a monitoring load current distribution substation system that can be controlled the officer using SMS.
Current load monitoring system is an instrument that will be integrated in the distribution substation. The reading method of load current using YHDC SCT 013-000 1V current sensor. Load current value is read and converted by the sensor, time and date information in real time display on LCD. This instrument can monitor the load current based on command by the officer via SMS. The officer will automatically receive a reply SMS load current value information of each phase in the distribution substation. In this instrument there is a data logger system which can be used to record the changes load current of distribution substation and there is a notification system that will automatically give a warning SMS when the load current reaches the maximum and minimum limit set.
Implementation of the current load monitoring system carried on the distribution substation KA-0298 on the direction I which supplies The Electrical Engineering Laboratory of the Udayana University. Command sent by code “CEKARUS” can be received and responded the load current system according to plan. Data logger designed system capable of storing data the load current of distribution substation per hour.
x DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN SAMPUL DEPAN ... i
HALAMAN SAMPUL DALAM ... ii
LEMBAR PERSYARATAN GELAR ... iii
LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS ... iv
LEMBAR PENGESAHAN ... v
UCAPAN TERIMA KASIH ... vi
ABSTRAK ... viii
ABSTRACT ... ix
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR TABEL ... xv
DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG... xvi
DAFTAR LAMPIRAN ... xviii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Rumusan Masalah ... 2 1.3 Tujuan Penelitian ... 2 1.4 Manfaat Penelitian ... 2 1.5 Batasan Masalah ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ... 4
2.2 Gardu Distribusi Tenaga Listrik ... 5
2.3 GSM (Global System For Mobile Communication) ... 6
2.3.1 SMS (Short Message Service) ... 6
2.4 Data Logger ... 7
2.5 Syarat Alat Ukur ... 8
xi
2.6.1 Arduino ... 10
2.6.2 Arduino Mega 2560 ... 10
2.6.3 Modul IComSat v1.1 SIM900 GSM/GPRS ... 11
2.6.3.1 Fitur – Fitur dari IComSat v 1.1 SIM900 GSM/GPRS 12
2.6.4 Modul Micro SD Card ... 13
2.6.5 Modul RTC (Real Time Clock) ... 14
2.6.6 AC Current Sensor SCT 013-000 ... 14
2.6.7 LCD (Liquid Crystal Display) ... 16
2.6.8 Dioda ... 17
2.6.9 Voltage Regulator ... 17
2.6 Arduino IDE ... 18
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ... 20
3.2 Data ... 20
3.2.1 Sumber Data... 20
3.2.2 Jenis Data ... 20
3.2.3 Metode Pengumpulan Data ... 20
3.3 Bahan ... 21
3.4 Peralatan Kerja ... 21
3.5 Pemodelan Sistem ... 22
3.6 Metode Rancang Bangun Sistem Monitoring Arus Beban Pada Gardu Distribusi Menggunakan Short Message Service ... 23
3.6.1 Perancangan Perangkat Keras ... 23
3.6.1.1 Perancangan Rangkaian Power Supply ... 24
3.6.1.2 Perancangan Rangkaian Sensor Arus AC ... 25
3.6.1.3 Perancangan Rangkaian Data Logger ... 25
3.6.1.4 Perancangan Rangkaian RTC ... 26
3.6.1.5 Perancangan Rangkaian LCD... 27
xii
3.6.2 Perancangan Perangkat Lunak... 29
3.6.2.1 Diagram Alir (Flowchart) ... 30
3.7 Alur Kerja Monitoring Arus Beban Gardu Distribusi ... 32
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Sistem Monitoring Arus Beban Pada Gardu Distribusi ... 34
4.2 Hasil Perancangan ... 34
4.2.1 Penjelasan Gambar Pada Sistem Monitoring Arus Beban ... 35
4.3 Pengujian dan Pembahasan Hasil Perancangan... 36
4.3.1 Pengujian dan Pembahasan Rangkaian Power Supply ... 37
4.3.1.1 Pengujian Stabilitas Tegangan ... 37
4.3.1.2 Pengujian Konsumsi daya Listrik ... 39
4.3.2 Pengujian dan Pembahasan Rangkaian Mikrokontroler ... 42
4.3.3 Pengujian dan Pembahasan Rangkaian LCD ... 43
4.3.4 Pengujian dan Pembahasan Rangkaian RTC... 45
4.3.5 Pengujian dan Pembahasan Rangkaian Data Logger ... 49
4.3.6 Pengujian dan Pembahasan Rangkaian Sensor Arus ... 52
4.3.6.1 Pengujian Sistem Monitoring Sebagai Alat Ukur ... 57
4.3.7 Pengujian dan Pembahasan Modul IComSat v1.1-SIM900 GSM GPRS... 58
4.4 Pengujian Keseluruhan Sistem ... 62
4.4.1 Pengujian Pengecekan Arus Beban Menggunakan SMS ... 63
4.4.2 Pengujian Data Logger Arus Beban Pada Gardu Distribusi ... 65
4.4.3 Pengujian Notifikasi Arus Beban Dalam Keadaan Mencapai Batas Maksimal dan Minimal yang Ditetapkan ... 68
BAB V PENUTUP 5.1 Simpulan ... 72
5.2 Saran ... 73
xiii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Line Diagram Gardu Distribusi ... 5
Gambar 2.2 Proses Data Logger ... 7
Gambar 2.3 Blok Diagram Rangkaian ... 9
Gambar 2.4 Arduino Mega 2560 ... 11
Gambar 2.5 IComSat v1.1 SIM900 GSM/GPRS Shield for Arduino ... 11
Gambar 2.6 Modul Micro SD Card ... 13
Gambar 2.7 Modul RTC (Real Time Clock) ... 14
Gambar 2.8 Skema Transformator Arus ... 15
Gambar 2.9 AC Current Sensor SCT 013-000 ... 15
Gambar 2.9 LCD (Liquid Crystal Display) ... 17
Gambar 2.10 Voltage regulator ... 18
Gambar 3.1 Pemodelan Sistem ... 22
Gambar 3.2 Blok Diagram Rangkaian ... 23
Gambar 3.3 Rangkaian Power Supply ... 24
Gambar 3.4 Rangkaian Sensor Arus AC ... 25
Gambar 3.5 Rangkaian Data Logger ... 26
Gambar 3.6 Rangkaian RTC ... 27
Gambar 3.7 Rangkaian LCD ... 27
Gambar 3.8 Tampilan Awal Software Arduino IDE ... 29
Gambar 3.9 Diagram Alir (Flowchart) Program Utama ... 30
Gambar 3.10 Alur Kerja Monitoring Arus Beban Gardu Distribusi ... 32
Gambar 4.1 Realisasi Hasil Perancangan... 34
Gambar 4.2 Tampak Samping Siatem Monitoring Arus Beban ... 35
Gambar 4.3 Pengukuran Tegangan Keluaran Pada IC LM7805... 39
Gambar 4.4 Pengujian Konsumsi Daya Listrik Secara Keseluruhan ... 40
Gambar 4.5 Pengujian Konsumsi Daya Listrik Pada Rangkaian Utama ... 41
Gambar 4.6 Blok Diagram Pengujian Rangkaian Mikrokontroler ... 42 Gambar 4.7 Tampilan Serial Monitor Pengujian Rangkaian Mikrokontroler 43
xiv
Gambar 4.8 Blok Diagram Pengujian Rangkaian LCD ... 44
Gambar 4.9 Tampilan LCD Pengujian Rangkaian LCD ... 45
Gambar 4.10 Blok Diagram Pengujian Rangkaian RTC ... 45
Gambar 4.11 Hasil Pengujian Rangkaian RTC... 48
Gambar 4.12 Blok Diagram Pengujian Rangkaian Data Logger ... 49
Gambar 4.13 Tampilan Serial Monitor Pengujian Rangkaian Data Logger .... 52
Gambar 4.14 Blok Diagram Pengujian Rangkaian Sensor Arus ... 52
Gambar 4.15 Hasil Pengujian Rangkaian Sensor Arus ... 55
Gambar 4.16 Blok Diagram Pengujian Modul IComSat v1.1-SIM900 GSM GPRS ... 58
Gambar 4.17 SMS Balasan Yang Dikirim Modul IComSat v1.1-SIM900 GSM GPRS ... 62
Gambar 4.18 Blok Diagram Pengujian Pengecekan Arus Beban Menggunakan Pesan Singkat ... 63
Gambar 4.19 Penempatan Sistem Monitoring Arus Beban ... 63
Gambar 4.20 Tampilan SMS Yang Dikiri Petugas ... 64
Gambar 4.21 Respon Alat Saat Menerima Dan Mengirim SMS ... 64
Gambar 4.22 Tampilan SMS Yang Diterima Petugas ... 65
Gambar 4.23 Pengujian Data Logger Arus Beban ... 66
Gambar 4.24 File Data Logger Yang Tersimpan Pada SD Card ... 66
Gambar 4.25 Grafik Perubahan Nilai Arus Beban Pada Gardu Distribusi ... 68
Gambar 4.26 Tampilan LCD Untuk Respon Alat Keadaan Arus Beban Mencapai Batas Minimal... 69
Gambar 4.27 Tampilan SMS Yang Diterima Petugas ... 70
Gambar 4.28 Tampilan LCD Untuk Respon Alat Keadaan Arus Beban Mencapai Batas Maksimal ... 70
xv
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1 Hubungan Pin pada Rangkaian Data Logger ... 26
Tabel 3.2 Hubungan Pin pada Rangkaian Mikrokontroler ... 28
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Tegangan Keluaran Rangkaian Power Supply ... 37
Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Tegangan dan Arus Secara Keseluruhan ... 40
Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Tegangan dan Arus Pada Rangkaian Utama ... 41
Tabel 4.4 Hasil Pengujian Pembacaan Sensor Arus YHDC SCT 013-000 1V 56 Tabel 4.5 Hasil Data Logger Arus Beban Gardu Distribusi ... 67
xvi
DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG
ADC = Analog Digital Converter
ATcommand = Attention Command
AVR = Alf and Vegard RISC
CISC = Complex Instruction Set Computer
CMOS = Complementary Metal Oxide Semiconductor
DC = Direct Current
E = Enable
EEPROM = ElectricallyErasableProgrammable Read Only Memory
ETSI = EuropeanTelecomunication Standards Institute
FeCl3 = Fericlorida
GND = Ground
GPRS =General Packet Radio Service
GSM = Global System for Mobile communication
I/O = Input Output
I2C = Inter-Integrated Circuit
IC = Integrated Circuit
ICSP = In-Circuit Serial Programing
IDE = Integrated Development Environment
KB = KiloByte
KΩ = Kilo Ohm
LED = Light Emitting Dioda
LCD = Liquid Crystal Display
Mhz = MegaHertz
MISO = Master Input/Slave Output
MOSI = Master Output/Slave Input
Ω = Ohm
PCB = Printing Circuit Board
PHB = Panel Hubung Bagi
PLN = Perusahaan Listrik Negara
PWM = Pulse Width Modulation
PWK = Power Key
R/W = Read or Write
RAM = Random Acces Memory
SMD = Surface Mount Device
SD Card = Secure Digital Card
ROM = Read Only Memory
RS = Register Select
xvii
RX = Receiver
SC = Service Center
SCK = Serial Clock
SCL = Serial Clock
SCT = Split-core Current Transformer
SDA = Serial Data
SIM =Subscriber Identity Module
SMS = Short Message Service
SMSC = Short Message Service Centre
SPI = Serial Peripheral Interface
SRAM = Static Random Access Memory
TM = Tegangan Menengah
TR = Tegangan Rendah
TX = Transmitter
UART = Universal Asynchronous Receiver-Transmitter
USART = Universal Synchronous and Asynchronous serial Receiver and
Transmitter
USB = Universal Serial Bus
V = Volt
Vc = Circuit Voltage
VCC = Voltage Common Collector
Vdc = Direct Voltage
XTAL = Crystal
xviii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1 Jadwal Kegiatan ... 76
Lampiran 2 Rincian Biaya ... 77
Lampiran 3 Data Sheet Arduino Mega 2560 ... 78
Lampiran 4 Data Sheet YHDC SCT 013-000 1V ... 86
Lampiran 5 Data Sheet IComSat v1.1-SIM900 GSM GPRS ... 87
Lampiran 6 Data Sheet IC LM78XX ... 93
Lampiran 7 Data Sheet LCD 20x4... 103
Lampiran 8 Data Sheet Modul RTC ... 110
1 BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Tenaga listrik merupakan kebutuhan pokok untuk menunjang kehidupan manusia seperti kegiatan rumah tangga, pendidikan, pemerintahan, industri dan lain sebagainya. Untuk menjamin ketersediaan tenaga listrik maka diperlukan sistem monitoring dalam pendistribusian tenaga listrik. Monitoring yang baik dibutuhkan pengawasan secara realtime (Prasetya,2011).
Gardu distribusi merupakan komponen dari sistem distribusi tenaga listrik yang memegang peranan penting pada kontinyuitas suplai tenaga listrik ke konsumen. Pemeriksaan fisik dan pengukuran arus beban pada gardu distribusi harus dilakukan secara berkala sebagai langkah pemantauan (monitoring) gardu distribusi untuk mencegah terjadinya gangguan pada gardu distribusi. Dari hasil monitoring dapat juga diketahui lebih awal kondisi transformator pada gardu distribusi apakah masih dalam kondisi normal atau OB (Over Blast) / kelebihan beban.
Bagian Operasi dan Pemeliharaan merupakan bidang bentukan PLN yang memiliki tugas memonitoring arus beban gardu distribusi secara rutin. Kenyataan di lapangan, petugas Bagian Operasi dan Pemeliharaan mengalami kendala dalam melaksanakan tugasnya, karena selama ini monitoring arus beban pada gardu distribusi masih menggunakan cara konvensional yaitu dilakukan dengan datang ke lokasi dan langsung mengambil data. Jarak setiap gardu distribusi yang cukup jauh selain itu monitoring arus beban gardu distribusi hanya dilakukan pada saat beban puncak. Sedangkan pada setiap gardu distribusi memiliki waktu beban puncak yang berbeda - beda.
Berdasarkan permasalahan tersebut, maka diperlukan suatu cara untuk meringankan pekerjaan dari petugas Bagian Operasi dan Pemeliharaan sehingga dapat mempersingkat waktu pengukuran arus beban pada gardu distribusi. Solusinya adalah dengan perancangan sebuah alat monitoring yang dapat dikontrol langsung oleh pihak PLN dengan menggunakan layanan pesan singkat/SMS (Short
2
Message Service). SMS ini sangat cocok digunakan untuk sistem pengontrolan wireless real time karena kecepatan pengiriman data, efisiensi dan jangkauannya luas. Layanan SMS ini masih perlu dihubungkan ke suatu perangkat kontrol untuk dapat melakukan monitoring piranti listrik dari jarak jauh. Dalam penelitian ini akan dilakukan suatu perancangan sistem monitoring arus beban pada gardu distribusi menggunakan short message service.
Alat ini akan dioperasikan oleh Bagian Operasi dan Pemeliharaan berdasarkan perintah dari Bidang Teknik. Bagian Operasi dan Pemeliharaan akan mengirimkan SMS dengan kode CEKARUS dan dikirim ke alat yang terpasang pada gardu distribusi. Sehingga secara otomatis alat tersebut akan memberikan balasan SMS berupa nilai arus beban pada setiap kawat fasa dan netral pada gardu distribusi. Pada alat ini terdapat sistem data logger yang dapat digunakan untuk merekam arus beban seharian pada gardu distribusi serta alat ini juga dapat memberi peringatan kepada bagian Operasi dan Pemeliharaan jika arus pembebanan pada gardu distribusi mencapai batas maksimal yang ditetapkan PLN.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang diuraikan maka rumusan masalah yang akan dibahas yaitu, bagaimana bentuk perancangan serta pengintegrasian rancang bangun sistem monitoring arus beban pada gardu distribusi menggunakan short message service.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini yaitu dapat melakukan monitoring arus beban dengan menggunakan layanan SMS khususnya pada gardu distribusi.
1.4 Manfaat Penelitian
PLN merupakan perusahaan penyedia jasa kelistrikan yang memiliki tanggung jawab terhadap pengendalian operasi dan pemeliharaan sistem distribusi secara optimal, efektif dan efisien. Kenyataan di lapangan PLN sering menemui
3
kendala waktu dalam pelaksanaan tugas, khususnya dalam memonitoring arus beban pada garsu distribusi. Dari adanya masalah tersebut, sistem ini diharapkan dapat memberikan manfaat bagi PLN untuk meringankan tugas di dalam memonitoring arus beban pada gardu distribusi.
1.5 Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dari penelitian ini adalah:
1. Penelitian ini merupakan penelitian awal untuk merancang sistem monitoring arus beban yang akan diintegrasikan pada sisi sekunder gardu distribusi (220/380V).
2. Menggunakan modul mikrokontroler Arduino Mega 2560.
3. Modul GSM yang digunakan dalam penelitian ini adalah IComSat v1.1 – SIM900 GSM/GPRS.
4. Sistem monitoring yang digunakan dalam penelitian ini memanfaatkan layanan SMS melalui jaringan GSM.
5. Sistem data logger dalam penelitian ini aktif secara otomatis.
