PENGONTROLAN BEBAN LISTRIK SATU FASA PADA SEMBARANG TEMPAT DENGAN MEMANFAATKAN JALA-JALA PLN

(1)

PENGONTROLAN BEBAN LISTRIK SATU FASA PADA

SEMBARANG TEMPAT DENGAN MEMANFAATKAN

JALA-JALA PLN

Oleh :

Desmiwarman, Nazris Nazaruddin, Salwin Anwar Staf Pengajar Teknik Elektro Politeknik Negeri Padang

ABSTRACT

The Electrical control use controlled for on and off system has use manual controll. Pada sistem pengontrolan beban listrik diperlukan pengendalian untuk menyalakan dan mematikan sistem tersebut. Becase of that we product of the automatically control of electrical system use IC Tone decoder LM 567 and frekuency 300 kHz.

Key Word: Transformer, IC Tone decoder

PENDAHULUAN

Saat ini banyak ditemui bangunan atau gedung-gedung bertingkat yang pengontrolan beban listriknya masih konvensional, seperti penggunaan sistem pengendali yang berupa sakelar manual. Sehingga penggontrolan tersebut dilakukan oleh petugas yang ditunjuk untuk berkeliling pada setiap ruangan yang ada. Atau pemilik bangunan tersebut mengeluarkan dana untuk membuat panel sentral yang berfungsi untuk mengontrol lampu atau beban listrik satu fasa. Kedua cara tersebutlah yang sering digunakan sehingga membutuhkan dana yang tidak sedikit.

Terkadang sistem tersebut memerlukan instalasi perkabelan tambahan yang memakan tempat. Pada ruang terbuka hal ini mengganggu estetika lingkungan di sekitarnya dan tak jarang pula instalasi tersebut kurang aman. Sebab dalam Peraturan Umum Instalasi Listrik (PUIL), pemasangan instalasi listrik haruslah aman dan bebas dari jangkauan manusia maupun benda-benda yang ada disekitarnya, serta tidak menganggu keindahan lingkungan.

Bermula dari hal tersebut di ataslah penulis membuat alat pengontrolan beban listrik dari jarak jauh tanpa kabel ,untuk memudahkan pengontrolan tanpa perlu mengeluarkan dana yang terlalu besar untuk membuat sebuah panel yang difungsikan untuk mengontrol seluruh perangkat listrik yang terdapat pada bangunan tersebut, sehingga lebih efisien, murah dan sederhana dalam perencanaannya.

Perumusan Masalah

Bagaimana receiver dapat mendeteksi frekuensi yang dikirim oleh transceiver melalui jala – jala PLN, dan bagaimana bentuk gelombang frekuensi yang digunakan pada osiloskop.

Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari pembuatan alat pengontrolan beban listrik 1 fase pada sembarang tempat dengan

memanfaatkan jala-jala PLN adalah: a. meningkatkan efisiensi

karena tidak memanfaatkan karyawan tambahan untuk

(2)

beban atau lampu dengan berkeliling bangunan.

b. Dapat dimanfaatkan sebagai panel sentral.

c. Tidak merubah bentuk instalasi listrik yang telah ada.

d. Mengefisiensikan biaya karena pembuatan alat ini tidak memakan dana yang besar.

Tinjauan Pustaka

Telekomunikasi dengan pembawa saluran tenaga (PLC) adalah komunikasi dengan cara arus pembawa

(carrier current)

ditumpukkan(superposed) pada saluran transmisi tenaga, sehingga saluran tenaga menjadi rangkaian transmisi frekuensi tinggi. Jangkauan frekuensinya berbeda untuk setiap Negara, antara 10 sampai 500 kHz.Untuk memungkinkan komunikasi dengan cara ini secara effisien, yaitu dimana karakteristik penyaluran syarat lewat pembawa digabungkan dengan karakteristik penyaluran tenaga pada tegangan tinggi diperlukan peralatan pengait (link coupling equipment)

Sekarang ini hampir semua sistem elektrik memerlukan pengendalian baik secara manual maupun otomatis. Seperti halnya pada sistem penerangan jalan umum juga memerlukan pengendalian untuk menjalankan sistem tersebut. Pengendalian dengan memanfaatkan media jala-jala listrik mempunyai kelebihan karena media tersebut sudah terpasang sebelumnya. Sehingga tidak perlu lagi menambah media untuk pengendalian, tetapi dalam hal ini ada batasan yang menjadi kendala apabila saluran jala-jala terhubung dengan gardu induk atau melewati sebuah transformator daya. Untuk mengatasinya perlu dipasang alat

pengulang yang menghubungkan sinyal pada sisi primer dan sekunder dari suatu transformator. Sehingga sinyal dengan frekuensi tinggi dapat tetap dilewatkan.

LM567 merupakan IC monolitik kegunaan umum yang dirancang untuk mendeteksi signal / tone apabila sinyal yang terdeteksi sama dengan frekuensi setting maka transistor keluaran kolektor terbuka akan aktif pada keadaaan saturasi. Rangkaian ini terdiri atas detector I dan Q (disebut juga dengan quadarture detector karena saling berselisih fasa sebesar 900

) yang digerakkan oleh VCO (Voltage Controlled Oscillator/Osilator Terkendali Tegangan) yang menentukan frekuensi tengah tone decoder. Keluaran dari tone decoder ini berbentuk sinyal digital.

Beberapa spesifikasi dari tone decoder LM567 yang akan digunakan dalam sistem ini adalah:

a. Jangkauan frekuensi 20:1 dengan sebuah resistor eksternal b. Output kompatibel TTL dengan

kemampuan benaman arus 100mA c. Penolakan terhadap sinyal diluar

band dan noise tinggi

d. Ketahanan terhadap sinyal palsu e. Stabilitas frekuensi tengah tinggi f. Bandwidth dapat diatur dari 0

sampai 14%

g. Frekuensi dapat diatur dari 0.01 Hz sampai 500 KHz

Beberapa speifikasi diatas menjadikan LM567 sangat sesuai untuk aplikasi di bidang komunikasi seperti demodulasi FSK jalur lebar, osilator presisi maupun

pengendali jarak jauh dengan pembawa arus. Sebagai ilustrasi diagram blok rangkaian dan kaki IC LM567 dapat dilihat seperti pada gambar dibawah ini:

(3)

Gambar 1. Rangkaian Tone Decoder LM567

Beberapa rumus digunakan untuk merancang rangkaian tone decoder adalah sebagai berikut :

1 1 0 C R 1.1 1 f = dimana: 0 f = Frekuensi tengah (Hz) 1 R = Resistansi (Ohm) 1 C _{= Kapasitansi (Farad)}

Sedangkan untuk menghitung bandwidth digunakan persamaan dibawah: 0 2 0 i 2 -f x C f V 10 x 1.070 BW = dimana : BW= Bandwidth (Hz) 0 f = Frekuensi tengah (Hz) i

V= Tegangan masukan (Volt)

2

C = Kapasitansi (Farad)

Optoisolator Triac driver merupakan suatu alat yang terdiri dari sebuah LED infra merah GaAs dan sakelar silicon bilateral terakivasi cahaya yang berfungsi seperti TRIAC. Alat ini didesain untuk perantara antara pengendali elektronik dan penggerak TRIAC daya untuk mengendalikan beban resistif dan indukif. Sehingga secara elektrik hubungan ground terpisah antara rangkaian tegangan tinggi dengan rangkaian tegangan rendah. Hal ini memudahkan pengguna dalam mengendalikan beban dengan tegangan operasi yang sangat tinggi

tanpa mempengaruhi rangkaian tegangan rendah.

Dengan demikian secara tidak langsung keamanan rangkaian terjamin. Rangkaian ini juga berfungsi untuk pengaman apabila ada hubungan singkat pada keluaran beban maka hanya optoisolator yang mengalami kerusakan. Sebagai ilustrasi gambar diagram blok optoisolator TRIAC driver dapat dilihat pada gambar dibawah ini:

Gambar 2. Konfigurasi kaki IC Optoisolator TRIAC driver

TRIAC adalah komponen elektronika yang setara dengan dua SCR yang dihubungkan secara paralel berkebalikan dengan gerbang terhubung bersama. Hasilnya apabila dalam keadaan gerbang diberi masukan tegangan maka akan menghantarkan arus listrik dua arah / bolak-balik. Ketika TRIAC tersulut sekali maka ia akan terhubung sampai arus yang melewatinya turun dibawah ambang batas tertentu, seperti pada akhir siklus setengah periode dari gelombang arus bolak-balik. Sehingga itulah yang menjadikan TRIAC sangat tepat untuk rangkaian AC yang memungkinkan pengendalian daya yang sangat besar dengan arus pengendali dalam skala miliampere.

(4)

Gambar 3. Simbol dan bentuk dari TRIAC

METODOLOGI PENELITIAN

Perancangan Prototipe untuk sistem pengontrolan beban listrik satu fasa pada sembarang tempat dengan memanfaatkan jala-jala PLN berfungsi untuk melindungi rangkaian dari gangguan manusia dan sebagai tempat di pasangnya komponen yang di butuhkan. Untuk itu penggunaan pada sistem ini dibuat miniaturnya dengan bahan-bahan meliputi:

a. Acrylic

Acrylic yang dipakai pada pembuatan prototype ini mempunyai ketebalan 5 mm. fungsi acrylic ini sebagai bahan untuk membuat Box.

b. Kabel AC dan

Soket

Untuk memudahkan membawa miniatur, maka dipasang soket yang berpasangan dengan kabel AC. Sehingga kabel dapat dilepas pada saat membawa miniatur.

c. Lampu

Lampu yang dipakai di dalam miniatur yaitu 14 watt 220VAC sebanyak 1 buah lengkap dengan fittingnya.

Dalam sistem ini prototipe yang akan dirancang berbentuk box yang diatasnya diletakkan lampu dan fitting, sedangkan didalam box tersebut diletakkan rangkaian receiver (penerima).

Prototipe ukuran dari box tersebut adalah sebagai berikut :

1. Panjang : 27 cm 2. Lebar : 12 cm 3. Tinggi : 10 cm

Agar box panel terlihat lebih bagus dan menarik, terlebih dahulu harus diperhitungkan semua ukuran rangkaian yang akan dipasang didalam box, supaya peralatan tersebut tidak saling berdempetan satu sama lainnya. Untuk itu perlu langkah-langkah sebagai berikut :

a. Mengukur besar papan PCB dan komponen lain yang akan dimasukkan ke dalam box.

b. Mengatur tata letak komponen yang digunakan.

c. Memperkirakan jarak ideal antara komponen.

d. Memperkirakan jarak komponen dengan sisi box.

Deskripsi mengenai miniatur tersebut diatas, sketsa gambarnya adalah sebagai berikut:

P : 2 7 . 5 c m t : 10 cm K e l u a r a n p o w e r s_{u p l y}

(5)

HASIL DAN PEMBAHASAN

Dari hasil pengujian transformator perantara sinyal berupa gelombang sinusodal yang telah didapat , maka bentuk gelombang yang dihasilkan dari time/div dan volt/div yang digunakan, kita dapat mencari frekunsi yang masuk kedalam rangkaian dengan menggunakan rumus

T f = 1 .

Keterangan : f = Frekuensi T = waktu

diketahui : Time/div = 2 µs = 2 x 10-6

jadi pada osiloscop satu gelombang penuh sinusoidal adalah sebesar 3,6 x 10-6 T f = 1 6 10 6 , 3 1 − = x f Hz f =2,77777.77 KHz f =277 KHz f =280

Dari hasil perhitungan diatas, besar frekuensi gelombang yang didapat dari pengujian transformator perantara sinyal adalah sebesar 280 KHz, sedangkan frekuensi yang di atur untuk mengontrol beban listrik adalah 300KHz. Akan tetapi perbedaan nilai frekuensi yang didapat dengan yang dihasilkan pada saat pengujian tidak berpengaruh karena frekuensi tersebut tetap dapat megontrol beban listrik .

Pada pengujian selanjutnya, pengukuran dilakuakan dirangkaian tone decoder pada kaki timing resistor dan kaki output tone decoder. Pada pengukuran tersebut harga time/div sama seperti pada percobaan pertama, sehingga besar frekuensi yang terukur

280 KHz. Pada pengujian tone decoder pada kaki timing resistor gelombang keluaran yang dihasilkan berupa gelombang petak sehingga dapat dijelaskan bahwa gelombang keluaran ini dihasilkan pada saat logika 1 yang dikirimkan oleh rangkaian tranciver (pengirim) maka pada keluaran akan muncul sinyal 300 KHz dan pada saat logika 0 diberikan oleh rangkaian pengirim , maka tidak ada sinyal yang masuk.

Kemudian pada pengujian kaki output tone decoder gelombang yang dihasilkan berupa gelombang sinusoidal, yang berfungsi untuk mengaktifkan beban listrik.

Pengujian juga dilakukan dengan cara mengukur frekuensi yang masuk dengan menggunakan multimeter yang dapat menugukur frekuensi. Dari hasil pengukuran frekuensi yang masuk sebesar 300 KHz.

Kemudian pengujian dilakukan dengan cara melihat sejauh mana jarak pengiriman data berupa frekuensi 300 KHz yang dikirimkan oleh rangkaian tranciever (pengirim) dapat terdeteksi oleh rangkaian reciever (penerima) sehingga dapat mengontrol beban listrik. Dari pengujian yang telah dilakukan, maka jarak yang dapat di terima oleh rangkaian reciver untuk mengontrol beban listrik, sejauh ± 8 - 10 meter, hal ini dikarenakan alat ini dibuat masih untuk kapasitas kecil. Akan tetapi jarak yang dapat dikontrol oleh alat ini akan dapat dikembangkan lagi atau jaraknya dapat diperluas dengan menggunakan rumus rangkaian resonansi parallel inductor-kapasitor (LC) dimana untuk menghitung frekuensi resonansi (LP) dapat dihitung

dengan persamaan sebagai berikut :

C L 2π 1 f P o = dimana:

(6)

C = kapasitansi ( Farad ) f_o = frekuensi ( Hz )

Tabel 1. Jarak yang dapat dideteksi oleh alat

No Jarak (Meter) Frekeuensi (Hz) Keterangan

1 1 meter 280 KHz Beban ON ( Menyala)

9 9 meter 280 KHz Beban Off (tidak menyala) Alat pengontrolan beban listrik

ini juga dapat diaplikasikan untuk mengontrol beban yang lebih besar, seperti mengontrol sebuah rumah atau

gedung dengan menambah relay atau kontaktor pada output rangkaian penggerak lampu (rangkaian reciver). Seperti gambar dibawah ini :

Gambar 4. Rangkaian pengontrolan untuk beban yang lebih besar

Alat pengontrolan beban listrik satu fasa pada sembarang tempat dengan memanfaatkan jala-jala PLN 50 Hz ini. Setelah diuji coba beban listrik yang dikontrol sering terjadi noise akibat pengaruh frekuensi sbeban listrik yang terdapat disekitarnya.

KESIMPULAN

Setelah melakukan pengujian terhadap alat tugas akhir ini, maka dapat ditarik beberapa kesimpulan, diantaranya adalah sebagai berikut ;

1. Telekomunikasi dengan pembawa saluran tenaga adalah komunikasi dengan cara arus pembawa (carrier current) ditumpukkan(superposed) pada saluran transmisi tenaga, sehingga saluran tenaga menjadi rangkaian transmisi frekuensi tinggi

2. Pengendalian dengan memanfaatkan media jala-jala listrik mempunyai kelebihan tidak menambah instalasi baru karena media tersebut sudah terpasang sebelumnya. Sehingga tidak perlu

(7)

lagi menambah media untuk pengendalian.

3. Rangkaian transformator perantara sinyal pada rangkaian receiver pada sistem ini berfungsi sebagai rangakaian pendeteksi sinyal yang dikirimkan oleh rangkaian tranciver (pengirim) melalui jala-jala PLN. Selain itu juga berfungsi sebagai filter frekuensi yang masuk dan kemudian memperkuat frekuensi yang masuk tersebut untuk dikirimkan ke rangkaian tone decoder.

4. Rangkaian Tone decoder LM567 dalam sistem ini berfungsi sebagai pendeteksi sinyal analog dan juga berfungsi sebagai bandpass filter. 5. Frekuensi yang diatur pada

rangkaian reciever harus sesuai dengan frekuensi yang terdapat pada rangkaian tranciever agar dapat dideteksi oleh transformator perantara sinyal pada bagian receiver

6. Pada alat ini jarak yang dapat di terima oleh rangkaian reciver untuk mengontrol beban listrik, sejauh ± 8 – 10 meter.

DAFTAR PUSTAKA

Kurniawan Freddy. (2005). Sistem Digital. Gava Media: Jogjakarta Malvino. Aproksimasi Rangkaian

Semikonduktor. Edisi ke empat.

Suwarno. Teknik Pesawat Penerima Radio Transistor. Rineka Cipta T.horn Delto. (1988). Teknik

Merancang Rangkaian Dengan Transistor. PT.Elex Media Komputindo: Jakarta URL=http://www.ece.uvic.ca/~ece499/200 4b/group02/files/finalreport.pdf URL= http://web.it.kth.se/~maguire/DEGR EE-PROJECT- REPORTS/030909_KhurramHussai nZuberi.pdf URL=http://www.geocities.com/luisferm/p df/plc.pdf URL=http://intranet.bell.ac.uk/sites/courses /Electrical %20Powerpoint/15%20Resonant %20filters%20- %20handouts.ppt URL= http://w1.859.telia.com URL= http://www.ti.com URL= http://www.nsc.com URL= http://www.embedded-control-europe.com/pdf/eceoct06p24.pdf URL= http://www.tfc.co.uk URL= http:/www.national.com URL= http:/www.Fairchild.com URL= http:/www.teccor.com URL= http:/www.Onsemi.com/fulltext/ONS_L M137_capacitive Drop.PDF

Webster Session Kendall. (1988). 1001 Rangkaian Elektronika. PT.Elex Media Komputindo: Jakarta

Wijayacitra, Paulus, (1996), Buku Data IC Catu Daya, PT.Elex Media Komputindo: Jakarta

Wasito. (1982). Pelajaran Elektronika. Jilid 3. Karya Utama

(8)