PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI OVER CURRENT RELE
DIGITAL BERBASIS FUZZY LOGIC
Erick Seva
1*, Ir. Cahayahati, M.T.
1, Ir. Ija Darmana, M.T.
1 1Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri Universitas Bung Hatta
E-mail: Erick_seva@yahoo.com
ABSTRAK
Pada sistem tenaga listrik diperlukan kecepatan, ketepatan dan kemampuan pengaman bekerja apabila terjadi suatu gangguan yang dapat menyebabkan kerusakan pada peralatan sistem tenaga. sistem proteksi digital adalah sistem proteksi ini terdiri dari hardware dan software. Software sistem proteksi adalah seperangkat sistem yang dibuat dengan teknik fuzzy logic yang diprogram dan diupload ke dalam hardware mikrocontroller. Sistem proteksi digital yang dirancang dengan teknik fuzzy logic adalah over current rele digital yang dapat mendeteksi gangguan arus lebih pada sistem 3 phasa. Dalam perancangan alat ini ditujukan untuk memudahkan kerja dari Over Current Rele digital apabila terjadi arus gangguan, setiap kenaikan arus yang terjadi pada sistem maka rele akan lebih cepat memerintahkan PMT untuk trip dengan membandingkan sesuai waktu settingannya. Arus gangguan akan tetap dieksekusi oleh sistem fuzzy untuk dilakukan pengamanan namun tetap membandingkan tingkat arus ganguan dengan lamanya waktu trip. Tingkat arus gangguan berdasarkan arus lebih yang terjadi pada sistem. Tujuan dari Penelitian ini yang berhubungan dengan pembuatan alat proteksi digital Over current rele dengan menggunakan fuzzy logic yaitu : Untuk merancang pembuatan alat proteksi digital arus lebih dengan menggunakan fuzzy logic sebagai pengaman gangguan arus lebih pada sistem 3 phasa. Untuk membuat suatu alat sistem proteksi digital yang pada saat terjadi gangguan dapat menampilkan besarnya arus gangguan yang terjadi pada suatu sistem yang terganggu serta menampilkan lamanya waktu trip pada setiap gangguan. Fuzzy logic adalah metode pemecahan masalah dengan beribu-ribu aplikasi dalam pengendali yang tersimpan dan pemrosesan informasi pada suatu system yang tertanam pada microcontroller. System fuzzy menyediakan cara sederhana untuk mengambarkan kesimpulan pasti dari informasi yang ambigu atau samar-samar atau kurang tepat.
Key words
: Over Current Rele, AD736, ATmega 16, Fuzzy Logic.
1. Pendahuluan
1.1. Latar Belakang
Perkembangan yang pesat pada sistem
tenaga listrik baik dalam ukuran dan
kompleksitasnya membutuhkan relay proteksi yang handal untuk memproteksi peralatan-peralatan listrik akibat gangguan. Salah satu gangguan yang terjadi adalah gangguan arus lebih, sehingga dapat merusak peralatan.
Relay proteksi konvensional terdiri dari relay tipe elektromagnetik dan tipe statik. Relay
tipe elektromagnetik mempunyai beberapa
kekurangan seperti penambahan beban untuk trafo ukur, waktu operasi yang lama, permasalahan kontak dan lain-lain. Karena relay type ini dapat mengalami kerusakan dengan cepat keadaan ini dapat membahayakan sistem tenaga listrik.
Penggunaaan relay tipe statik dapat memecahkan beberapa permasalahan pada penggunaan relay tipe elektromagnetik. Sistem digital dapat diaplikasikan sebagai relay proteksi. Relay
proteksi yang berbasiskan sistem digital
mempunyai beberapa keunggulan dari relay tipe konvensional. Diantara keunggulan relay proteksi digital ini adalah respon yang cepat terhadap gangguan, keakuratan terhadap perhitungan, fleksibel serta dapat berkoordinasi dengan baik. Pada saat ini penggunaan sistem digital sebagai relay menggunakan sistem digital yang kompleks.
perancangan sistem proteksi arus lebih
menggunakan fuzzy logic dimana perancangan ini dilengkapi dengan indikator waktu trip terhadap
2
memproteksi gangguan pada sistem dengantegangan 220 volt dalam bentuk prototype
1.2. Tujuan
Tujuan dari Penelitian pembuatan alat system proteksi digital over current rele digital dengan mengunakan fuzzy logic yaitu :
Untuk merancang pembuatan alat
proteksi digital arus lebih dengan menggunakan fuzzy logic sebagai pengaman ganguan arus lebih. Sistem proteksi digital yang dibuat pada perancangan ini adalah sistem yang pada saat terjadi gangguan dapat menampilkan besarnya arus gangguan yang terjadi pada sistem yang terganggu serta menampilkan lamanya waktu trip pada setiap gangguan.
1.3. Batasan Masalah
Untuk mencapai tujuan diatas dalam penelitian ini dilakukan pembatasan masalah dengan ruang lingkup sebagai berikut :
- Perancangan rele arus lebih dengan fuzzy
logic digunakan untuk mengamankan gangguan arus lebih pada sistem 3 phasa. Untuk pengujian arus lebih pada sistem over current rele digital dengan fuzzy logic dilakukan dengan penambahan beban.
- Perancangan rele arus lebih dengan fuzzy
logic digunakan pada tegangan 220 Volt AC.
- Penampilan waktu trip terhadap arus
gangguan yang terjadi pada sistem proteksi sederhana.
2. Tinjauan Pustaka
Pada penelitian ini penulis mencari acuan materi buku dan pada riset-riset sebelumnya, seperti yang tercantum dibawah in :
1. Amanah Kurniawati Ir. Juningtyastuti
Mochammad Facta, ST, MT Jurusan Teknik
Elektro Fakultas Teknik Universitas
Diponegoro. Dalam jurnalnya menjelaskan tentang evaluasi koordinasi rele proteksi pada
feeder distribusi terhadap kemungkinan
gangguan symphathetic tripping pada gangguan satu phasa saluran ke tanah.
2. Carwoto, Program Studi Teknik Informatika
STMIK, Semarang. Dalam jurnalnya
menjelaskan tentang pemilihan fungsi proteksi dan perhitungan setting rele digital mcx-913 untuk proteksi transformator 11,5 kv. rele digital mcx-913 adalah jenis rele static berbasis moicrocontroller untuk keperluan proteksi peralatan system tenaga listrik,
kelebihan rele ini antara lain adalah
kemampuannya untuk mengoperasikan
beberapa fungsi proteksi sekaligus dan menyimpan nilai settingnya.
3. Heru Dibyo Laksono, M. Nasir Soni, Jurusan Teknik Elektro. Universitas Andalas, Padang.
Dalam jurnalnya menjelaskan tentang
perancangan dan implementasi relay arus lebih sesaat berbasis microcontroller dimana system digital dapat diaplikasikan sebagai relay proteksi yang berbasiskan system. Relay digital memiliki beberapa keunggulan dari relay tipe konvensional. Diantara keunggulan relay proteksi digital ini adalah respon yang cepat terhadap gangguan, keakuratan dalam
perhitungan, fleksibel serta dapat
berkoordinasi dengan baik.
4. Dani Brami Purwosetyo, Margo Pujiantara,
Heri Suryoatmojo Jurusan Teknik Elektro. Surabaya. Dalam jurnalnya menjelaskan tentang koordinasi proteksi rele arus lebih dengan metode fuzzy logic menggunakan plant PT KPI (Kaltim Parna Industri).
3
3. Metodologi Penelitian Ini Meliputi :
1. Identifikasi masalah gangguan untuk
perancangan proteksi arus lebih dengan
menggunakan logika fuzzy.
2. Perancangan Hardware meliputi
- Rangkaian Current Transformer
- Rangkaian Pengubah arus
ketegangan dengan menggunakan Op-Amp pembanding.
- Modul mikrocontroller
- Serta perancangan konstruksi dan
rangkaian pendukung lainnya
3. Perancangan software meliputi :
- Perancangan rele arus lebih digital dengan fuzzy logic.
4. Pengujian alat
Dalam tahap ini pengujian yang akan dilakukan adalah :
1. Pengujian Pengubah arus ketegangan
dengan menggunakan rangkaian Op-Amp pembanding.
2. Pengujian microcontroller dengan
menggunakan LCD
3. Pengujian arus hubung singkat
4. Pengambilan Data
Setelah dilakukan pengujian alat, maka
dari hasil pengujian tersebut akan
didapatkan data-data yang mana data-data tersebut dapat dijadikan acuan dari setingan awal pada pengujian alat.
5. Analisa
Analisa dilakukan untuk membuktikan kebenaran dari data yang didapat pada hasil pengujian perancangan rele arus lebih dengan logika fuzzy dengan rumus yang
digunakan apakah nilai dari hasil
pengujian sama atau tidaknya dengan rumus.
6. Penulisan laporan
Penulisan laporan berdasarkan pada hasil pengujian sistem yang telah dilakukan pada perancangan alat yang dibuat.
4. Hasil Pengujian dan Analisa
Cara pengujian kerja sistim Proteksi Over Current rele digital dengan menggunakan fuzzy logic terdiri dari beberapa bagian yaitu :
1. Pada awal system proteksi over current rele digital dengan mnggunakan fuzzy logic dihidupkan system akan menampilkan pada LCD setting arus yang digunakan, waktu jeda serta menampilkan trip yang terjadi pada PMT.
Gambar 4.11. Tampilan LCD Pada
Saat Awal Dihidupkan Pengaturan Setting Arus Secara Manual.
Gambar 4.12. Pengaturan setting arus
secara manual pada system proteksi over current rele digital
4
CT Ac OCR DIGITAL ADC Program Fuzzy Logic Rang. I/V B E B A N P M T ATMEGA16Apabila ingin mengatur setting arus dan waktu pada system proteksi over current rele digital dengan menggunakan fuzzy logic secara manual, kita dapat menekan tombol Menu terlebih dahulu kemudian atur setting arus maksimal yang diinginkan. Dengan menekan tombol UP dan setting arus minimal dengan menekan tombol Down maka secara otomatis system proteksi over current rele digital dengan menggunakan fuzzy logic langsung bekerja menyesuaikan setting arus yang sudah kita atur pada phasa R, S,T.
Pengujian yang akan dilakukan pada system proteksi over current rele digital dengan menggunakan fuzzy logic adalah pengujian arus lebih pada system 3
phasa dimana pada masing-masing
pengujian akan ditentukan berapakah besar arus gangguan yang terjadi pada system yang terganggu. Pada setiap pengujian akan dibandingkan lama PMT akan trip apabila terjadi arus gangguan.
Gambar 4.1. Rangkaian Over current rele digital berbasis fuzzy logic
Pada gambar 4.1. merupakan
rangkaian pengujian dari sistem proteksi
over current rele digital dengan
menggunakan fuzzy logic.
Pengujian yang akan dilakukan pada system
proteksi over current rele digital dengan
menggunakan fuzzy logic adalah pengujian arus lebih pada system 3 phasa dimana pada masing-masing pengujian akan ditentukan berapakah besar arus gangguan yang terjadi pada system yang
terganggu. Pada setiap pengujian akan
dibandingkan lama PMT akan trip dengan menggunakan fuzzy logic apabila terjadi arus gangguan. Pada gambar 4.2. dapat dilihat bentuk dari pengujian over current rele digital berbasis fuzzy logic dengan menggunaka beban lampu.
BEBAN LAMPU R S T N R S T N R S T N R S T N Potensial Transformer
Rele OCR Digital
Gambar 4.2. Rangkaian Pengujian
pada gambar pengujian 4.2. beban yang digunakan pada pengujian tersebut adalah beban lampu pijar dan beban lampu TL. Dimana masing-masing lampu memiliki daya yang berbeda-beda, beban lampu pijar memiliki daya 100 watt dan beban lampu TL memiliki daya 40 watt. Hasil dari pengujian over current relay digital dengan menggunakan fuzzy logic ini dapat dilihat pada tabel 4.1. sampai dengan tabel 4.4.
5
Table 4.1. Pengujian Rele Arus Lebih Digital
Pada System 3 Phasa Dengan setting arus 1 Amper
Tabel 4.2. Pengujian Rele Arus Lebih Digital
Pada System 3 Phasa Dengan Setting Arus 2 Amper
Tabel 4.3. Pengujian Rele Arus Lebih Digital Pada
System 3 Phasa Dengan setting arus 3 Amper
Tabel 4.4. Pengujian Rele Arus Lebih Digital
Pada System 3 Phasa Dengan setting arus 4 Amper
Pada table 4.11 s/d table 4.14 dapat dilihat bagaimana prinsip kerja system fuzzy yang mana fuzzy disini berkerja dengan cara membandingkan setiap kenaikan arus dengan setingan waktu. Pada system over current rele digital dengan mengunakan fuzzy logic apabila rele merasakan adanya kenaikan arus pada system melebihi arus settingannya maka rele akan memerintahkan PMT untuk trip sesuai dengan kenaikan arus yang terjadi pada system, semakin besar arus yang terjadi pada system yang terganggu, maka waktu PMT untuk trip dari system yang terganggu akan semakin cepat. Pada table 4.11 dapat dilihat bahwa pada saat settingan arus 1 amper dan settingan waktu jeda rele 10 detik, apabila rele merasakan arus yang terjadi pada system sebesar 1 Amper maka PMT akan memerintahkan rele untuk melepas dalam waktu 1.5 detik, apabila perubahan arus semakin besar 1.4 amper maka rele aka melepas lebih cepat lagi selama waku 0.25 detik. Pada pengujian prinsip kerja fuzzy logic terhadap besarnya arus gangguan dan lamanya
waktu trip dilakukan untuk mengetahui
perbandingan kenaikan Arus dengan waktu yang dibutuhkan pada PMT untuk trip. Data hasil pengujian ini dapat dilihat pada Tabel 4.11 s/d tabel 4.14.
No Setting Beban Lampu (Watt) Kerja Rele Keterangan
Arus Waktu Phasa R Phasa S Phasa T Detik Arus 1. 1 A 10 s 40 40 40 - 0.4 Rele Tidak Trip 2. 1 A 10 s 80 80 80 1.5 1 Rele Trip 3. 1 A 10 s 100 100 100 - 0.4 Rele Tidak Trip 4. 1 A 10 s 140 140 140 - 0.9 Rele Tidak Trip 5. 1 A 10 s 180 180 180 0.25 1.4 Rele Trip 6. 1 A 10 s 200 200 200 7 1.2 Rele Trip 7. 1 A 10 s 240 240 240 0.30 1.5 Rele Trip 8. 1 A 10 s 280 280 280 0.29 1.5 Rele Trip 9. 1 A 10 s 300 300 300 0.1 1.6 Rele Trip 10. 1 A 10 s 340 340 340 0 1.5 Rele Trip
No Setting Beban Lampu (Watt) Kerja Rele Keterangan
Arus Waktu Phasa R Phasa S Phasa T Detik Arus 1. 2 A 10 s 280 280 280 - 1.9 Rele Tidak Trip 2. 2 A 10 s 300 300 300 - 1.8 Rele Tidak Trip 3. 2 A 10 s 340 340 340 - 1.9 Rele Tidak Trip 4. 2 A 10 s 380 380 380 7.31 2.1 Rele Trip 5. 2 A 10 s 400 400 400 6.30 2.2 Rele Trip 6. 2 A 10 s 440 440 440 0.71 2.4 Rele Trip 7. 2 A 10 s 480 480 480 0 2.8 Rele Trip 8. 2 A 10 s 500 500 500 0.10 2.5 Rele Trip 9. 2 A 10 s 540 540 540 0.10 2.5 Rele Trip 10. 2 A 10 s 580 580 580 0 2.7 Rele Trip
No Setting Beban Lampu (Watt) Kerja Rele Keterangan
Arus Waktu Phasa R Phasa S Phasa T Detik Arus 1. 3 A 10 s 380 380 380 - 2.1 Rele Tidak Trip 2. 3 A 10 s 400 400 400 - 2.2 Rele Tidak Trip 3. 3 A 10 s 440 440 440 - 2.4 Rele Tidak Trip 4. 3 A 10 s 480 480 480 - 2.8 Rele Tidak Trip 5. 3 A 10 s 500 500 500 - 2.5 Rele Tidak Trip 6. 3 A 10 s 540 540 540 2.9 3 Rele Trip 7. 3 A 10 s 580 580 580 6.25 3.2 Rele Trip 8. 3 A 10 s 600 600 600 6.19 3.2 Rele Trip 9. 3 A 10 s 640 640 640 0.40 3.3 Rele Trip 10. 3 A 10 s 680 680 680 0 3.5 Rele Trip
No Setting Beban Lampu (Watt) Kerja Rele Keterangan Arus Waktu Phasa
R Phasa S Phasa T Detik Arus 1. 4 A 10 s 400 400 400 - 2.2 Rele Tidak Trip 2. 4 A 10 s 440 440 440 - 2.4 Rele Tidak Trip 3. 4 A 10 s 480 480 480 - 2.8 Rele Tidak Trip 4. 4 A 10 s 500 500 500 - 2.5 Rele Tidak Trip 5. 4 A 10 s 540 540 540 - 3 Rele Tidak Trip 6. 4 A 10 s 580 580 580 - 3.2 Rele Tidak Trip 7. 4 A 10 s 600 600 600 - 3.2 Rele Tidak Trip 8. 4 A 10 s 640 640 640 - 3.3 Rele Tidak Trip 9. 4 A 10 s 680 680 680 - 3.5 Rele Tidak Trip 10. 4 A 10 s 720 720 720 7.4 4 Rele Trip
6
5. Kesimpulan
Dari hasil perancangan alat Sistem Proteksi Over Currentt Rele Digital Dengan Menggunakan Fuzzy logic ini, maka dapat diambil beberapa kesimpulan diantaranya adalah sebagai berikut :
1. Dengan menggunakan mikrocontroler
ATMega 16 tidak diperlukan lagi komponen atau rangkaian ADC dan rangkaian penguat tegangan dari sensor LM35 karena resolusi ADC ATMega 16 adalah 16 bit dan tegangan referensi yang digunakan 5 volt, jadi nilai terkecil
yang dapat terbaca mikrocontroler
melalui out analog adalah 5,4 mV. 2. Dengan system proteksi over current
rele digital dengan fuzzy logic, system dapat memerintah PMT untuk memutus tanpa harus menunggu waktu setting rele tersebut terpenuhi. Fuzzy disini bekerja apabila kita berikan setting waktu pada rele adalah 10 detik, fuzzy dapat membandingkan kerja dari system dari 0-10 detik. Jadi furzzy dapat memerintah PMT untuk memutus dari 0-10 detik jadi
fuzzy bekerja antara range yang
diberikan pada system.
3. Kelebihan dari rele proteksi over current digital dengan menggunakan fuzzy logic dengan rele analog adalah pada system fuzzy rele dapat disetting tanpa perlu diberikan penambahan pada system.
sedangkan pada analog. Apabila
disetting untuk mengukur arus yang lebih besar, maka harus dilakukan penambahan pada system.
4. System proteksi over current current rele digital dengan menggunakan fuzzy logic tidak dapat digunakan untuk memproteksi ganguan hubung singkat, karena pada saat
pengujian arus hubung singkat, arus yang terjadi jauh lebih besar dan lebih cepat sehingga menyebabkan kerusakan pada system proteksi over current rele dengan mengunakan fuzzy logic.
6. Daftar Pustaka
1. Abdurrahman Ghifari, Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Diponegoro,
Pengujian Over Current Relay. Semarang
2. Amanah Kurniawati Ir. Juningtyastuti
Mochammad Facta, ST, MT Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Evaluasi Koordinasi Rele Proteksi Pada Feeder Distribusi Terhadap Kemungkinan Gangguan Symphathetic Tripping Pada Gangguan Satu Saluran Ke Tanah.
3. Budi Wirawan, 2010, Setting Koordinasi Over
Current Rele Pada Travo 60 MVA 150/20 kV Dan Penyulang 20 kV. Universitas Mercu Buana, Jakarta.
4. Cahayahati, Mirza Zoni ST MT, Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Bung Hatta,
Perancangan Rele Arus Lebih Dengan
Karakteristik Invers Berbasis Microcontroller Atmega 8535.
5. Carwoto, Pemilihan Fungsi Proteksi Dan
Perhitungan Setting Rele Digital MCX-913 untuk proteksi transformator 11,5 KV.
6. Heru Dibyo Laksono, M. Nasir Soni, Perancangan
dan implementasi rrelay arus lebih sesaat berbasis microcontroller.
7. Irfan Affandi, 2009, Analisa Setting Relay Arus Lebih Dan Relay Gangguan Tanah Pada Penyulang Sadewa di GI Cawang. Universitas Indonesia.
8. http://elektrokita.blogspot.com “
komponen-komponen elektronika”
9. http://www.google.co.id/search “mikrokontroller
