Rancang Bangun Prototype Telemonitoring System Pembebanan Motor 3 Phase Menggunakan Internet of Things (IoT)

(1)

13

Rancang Bangun Prototype Telemonitoring System Pembebanan Motor 3 Phase Menggunakan Internet of Things (IoT)

(Artikel diterima:Desember 2019, direvisi: Januari 2020)

Abstract: Remote monitoring is an activity that utilizes facilities and computer systems to manage data access from several zones. It is the process of getting information or data. Data is a measurement result of measuring instruments, such as voltage value, current value, power value, power factor etc. Remote monitoring is one of the development of telecommunication technology. Remote communication itself can be interpreted as a process of information distribution between places separated by long distance through networks connected to one another. Based on the results of tool design using vamp 40, vampset software, elipse software and python software, it was fo und that the measurement results were valid. The measurement results in the elipse software must be calibrated first with other measur ing devices such as fluke power quality analyzer or vampset so that it shows accurate values. Tool testing is done by changing the R phase current value using a dimmer to get the lowest value. The value is 0.09 A in phase R, 1.66 A in phase S, 1.59 A in phase T. cause the current harmonic value to rise in R phase = 99%, S phase = 3.5%, T phase = 5.5%. In some experimental results the current harmonic value exceeds the standard value of 15% in the range 100-1000 (IEEE 519-1992). Then the smaller the current from the nominal current by turning the dimmer, the higher current harmonic value increases because the wave is no longer sinusoidal.

Key Word: Remote monitoring system, Current harmonic

Abstrak: Pemantauan jarak jauh merupakan aktivitas pemantauan jarak jauh yang memanfaatkan sarana telekomunikasi dan sistem komputer untuk pengaturan pengaksesan data dari beberapa zona. Pemantauan jarak jauh adalah proses untuk mendapatkan informasi atau data. Data merupakan hasil pengukuran dari alat ukur seperti nilai tegangan, nilai arus, nilai daya, faktor daya dll. Pemantauan jarak jauh sebenarnya salah satu bentuk pengembangan teknologi kamunikasi jarak jauh. Komunikasi jarak jauh sendiri dapat diartikan sebagai proses distribusi informasi antara tempat-tempat yang terpisah oleh jarak yang jauh melalui jaringan yang dihubungkan satu sama lain. Berdasarkan hasil perancangan alat menggunakan vamp 40, software vampset, software elipse dan software python didapatkan bahwa hasil pengukuran telah sesuai (valid). Hasil pengukuran pada software elipse harus dikalibrasi dulu dengan alat ukur lain seperti fluke power quality analyzer atau dengan vampset sehingga menunjukkan nilai yang akurat. Pengujian alat dilakukan dengan merubah nilai arus fasa R menggunakan dimmer hingga mendapatkan nilai terendah yaitu fasa R= 0.09 A, fasa S= 1.66 A, fasa T= 1.59 A, dan menyebabkan nilai current harmonic naik pada fasa R= 99%, fasa S= 3.5%, fasa T= 5.5%. Pada beberapa hasil percobaan menyebabkan nilai current harmonic melebihi nilai standar yaitu 15% pada range 100-1000 (IEEE 519-1992). Maka semakin kecil arus dari arus nominal dengan memutar dimmer maka nilai current harmonic semakin naik karena gelombang tidak lagi sinusoidal.

Kata Kunci: Sistem pemantauan jarak jauh, Harmonisa arus 1. Pendahuluan

Monitoring merupakan proses pengumpulan dan analisis informasi berdasarkan indikator yang ditetapkan secara sistematis dan kontinyu tentang kegiatan program sehingga dapat dilakukan tindakan koreksi untuk penyempurnaan kegiatan itu selanjutnya.

Pemantauan yang dapat dijelaskan sebagai kesadaran (awareness) tentang apa yang ingin diketahui, pemantauan berkadar tingkat tinggi dilakukan agar dapat membuat pengukuran melalui waktu yang menunjukan pergerakan kearah tujuan atau menjauh dari itu. (Mardiani, 2013)

Kebanyakan kendala dan keterbatasan dalam melakukan monitoring terhadap objek yang hendak dipantau antara lain adalah masih secara manual oleh petugas atau pemilik, masih harus dipantau secara langsung dilokasi pemantauan, masih menggunakan alat yang memberikan data pemantauan yang bersifat general dan harus dianalisis lebih lanjut, atau data pemantauan hanya dapat diamati lokal di terminal pemantauan saja. Hal ini menyebabkan banyak waktu dan upaya yang terbuang hanya untuk melakukan proses monitoring. Saat ini teknologi yang dapat diterapkan untuk membangun suatu sistem monitoring sudah semakin maju berkembang. Teknologi ini dapat dimanfaatkan semaksimal mungkin untuk membantu manusia baik melakukan

pemantauan terhadap suatu objek yang berada pada lokasi jarak jauh.

Pembuatan sistem monitoring jarak jauh dapat menggunakan alat vamp 40 dengan data hasil pengukuran yang ditransmisikan melalui komunikasi wireless (wifi) atau biasa disebut dengan Internet of Things (IoT). IoT adalah kemampuan suatu benda atau objek berkomunikasi satu sama lain melalui sebuah jaringan internet sehingga dapat dimonitor dari jarak jauh. Sedangkan Vamp 40 sendiri adalah relay proteksi untuk Feeder (penyulang) dan motor yang dapat melakukan pengontrolan dan pengukuran (monitoring) pada penyulang dan motor. Vamp 40 memiliki keunggulan mampu membaca arus, tegangan, phasor diagram, harmonisa dll.

2. Tinjauan Pustaka 2.1 Motor Induksi

Motor Induksi adalah motor yang arus pada belitan stator (yang terhubung dengan sumber listrik) menciptakan flux yang menyebabkan arus diinduksi ke belitan rotor, arus ini berinteraksi dengan flux untuk menghasilkan putaran. Motor induksi 3 fasa memiliki 3 belitan stator (stator winding) dan terdapat pula belitan

Korespondensi: [email protected]

a) Prodi Sistem Kelistrikan, Jurusan Teknik Elektro, Polinema.

Jalan Soekarno-Hatta No. 9 Malang 65141

(2)

14

pada rotor (rotor winding/short-circuited winding).

Ketika belitan stator disuplai tegangan 3 fasa, akan menimbulkan arus dan medan magnet. Medan magnet yang berputar pada stator menginduksi tegangan ke sangkar rotor.

Induksi tegangan pada rotor menyebabkan arus dan torsi. Medan magnet putar pada stator berinteraksi dengan medan magnet putar pada rotor. Hasil interaksi tersebut menimbulkan torsi. Shaft Motor berputar. (Zechmair & Steidl, 2012)

Pada saat tegangan tiga phasa dsiterapkan pada stator dan arus 3 fasa pada stator mengalir. Arus ini menghasilkan medan magnet Bs, yang berputar berlawanan dengan arah jarum jam.

Kecepatan medan magnet ditunjukan dengan rumus: (Chapman, 2003)

... (2.1) Dalam keadaan rotor diam, medan putar tersebut akan memotong batang konduktor pada motor. Akibatnya pada kumparan motor tersebut akan menimbulkan tegangan induksi ggl sebesar E,

... (2.2) Dengan:

E = Tegangan induksi pada rotor (Volt) N = Jumlah lilitan kumparan rotor

m = Flux maksimum (Wb) f = frekuensi (Hz)

Karena kumparan rotor membentuk rangkaian tertutup maka tegangan induksi akan menghasilkan arus mengalir dalam konduktor rotor. Adanya arus tersebut akan menghasilkan medan magnet rotor. Interaksi medan magnet rotor dengan medan magnet putaran stator akan menghasilkan gaya lorentz pada rotor (F) sebesar,

... (2.3) Gaya tersebut akan menghasilkan torsi untuk rotor sesuai dengan persamaan,

... (2.4) Dengan:

F = Gaya (Newton) B = Medan Magnet (Tesla) I = Arus (ampere)

L = Panjang Penghantar (Meter) Te = Torsi (Nm)

r = Lengan Gaya Tegak Lurus Terhadap Poros Putar (Meter)

Gambar 2.1 Kurva karakteristik torsi motor induksi

2.1.1 Rangkian Equivalent Motor Induksi

Pada prinsipnya proses induksi yang terjadi pada motor induksi hampir sama dengan tranformator yang bersifat resistif, sehingga

penggambaran rangkaian ekivalen motor induksi berdasarkan rangkaian ekivalet transformator, dimana stator identik dengan sisi primer transformator dan rotor identik dengan sisi sekunder transformator. Perbedaan yang mendasar antara keduanya transformator merupakan mesin listrik statis, sedangakan motor induksi adalah mesin listrik dinamis. (Wijaya, 2001)

Gambar 2.2 Rangkaian ekivalen per fasa motor induksi

Gambar 2.3 Rangkaian ekivalen tiga fasa motor induksi

Gambar 2.4 Diagram aliran energi motor induksi

Gambar 2.5 Analogi dan rangkaian ekivalen motor induks

2.2 Vamp 40

Vamp 40 merupakan peralatan pengaman yang digunakan untuk melindungi penyulang dan motor dalam perangkat distribusi jaringan listrik, industri, pembangkit dan masih banyak lagi. Banyak fungsi pemrograman yang bisa dijalankan oleh VAMP 40 seperti kontrol termal, proteksi circuit breaker dan protokol komunikasi data untuk proteksi dan monitoring.

1. Digital signal handling dengan 16 bit mikroprosesor dan akurasi pengukuran yang presisi

2. Fungsi setting pengaman dengan range yang luas, seperti sensitivitas proteksi hubung singkat ke tanah bisa mencapai 0.5%

Merekam data kesalahan dan kejadian yang bisa dibaca melalui keypad dan local HMI atau juga bisa dibaca melalui PC yang berbasis VAMPSET user interface.

3. Merekam semua kejadian, indikasi kesalahan, parameter dan gelombang sinusoida

(3)

15

4. Pengaturan mudah untuk parameter pembacaan melalui local HMI atau User Interface.

Tabel 2.1 Fungsi-fungsi proteksi pada Vamp 40^©

Gambar 2.6 Penyambungan untuk overcurrent, earth fault and phase to phase voltage protection

2.3 Harmonisa

Harmonisa adalah gejala pembentukan gelombang sinusoidal dengan frekuensi yang merupakan perkalian bilangan bulat dengan frekuensi dasarnya. Bila terjadi superposisi antara

gelombang frekuensi dasar dengan gelombang frekuensi harmonisa maka terbentuklah gelombang yang terdistorsi sehingga bentuk gelombang tidak lagi sinusoidal. (Fauzan, Martin, & Haris, 2015)

2.3.1 THD (Total Harmonic Distortion)

Untuk mengukur nilai efektif dari komponen-komponen harmonik dari gelombang cacat (terdistorsi) digunakan besaran THD (Total Harmonic Distortion) yaitu perbandingan antara nilai rms komponen harmonik sebuah besaran (arus atau tegangan) terhadap nilai rms atau tegangan tersebut pada frekuensi dasarnya dan biasanya dihitung dalam persen.(Azim, 2008)

... (2.5) Dimana Mh adalah nilai rms komponen harmonik ke h dari sebuah besaran M. Nilai rmsnya sendiri dapat diperoleh jika diketahui nilai rms komponen harmonik pertama nilai THD yaitu:

... (2.6) Untuk arus harmonik nilai THD nya:

... (2.7) Dengan Vn adalah nilai teganga rms harmonik ke-n atau

... (2.8) 2.3.2 IHD (Individual Harmonic Distortion)

Individual Harmonic Distortion (IHD) adalah rasio antara nilai RMS dari harmonisa individual dan nilai RMS dari fundamental. (Nurhidayat, 2010)

... (2.9) Tabel 2.2 Batas Harmonisa Arus (IEEE 519-1992)

Maximum Harmonic Current Distortion in % IL

Individual Harmonic Order (Odd Harmonic)

<11 h<1

7 <23 35 TDD

<20* 4.0 2.0 1.5 0.6 0.3 5.0

20<50 7.0 3.5 2.5 1.0 0.5 8.0 50<100 10.0 4.5 4.0 1.5 0.7 12.0 100<1000 12.0 5.5 5.0 2.0 1.0 15.0

>1000 15.0 7.0 6.0 2.5 1.4 20.0 Even harmonics are limited to 25% the odd harmonic limits above.

Current distortion that result in dc offset, e.g. half-wave converters, are not allowed.

*All power generation equipment is limited to these values of current distortion, regardless of actual ISC/IL

3. Metodologi

Sesuai dengan permasalahan pada penelitian ini, maka hasil record data pada proses monitoring dari hasil implementasi yang telah didapatkan akan dianalisa berdasarkan dasar teori dan persamaan persamaan yang didapatkan dari studi literature yang telah dipelajar. Kemudian untuk data data pengukuran harmonisa, akan dibandingkan dengan standar IEEE 519-1992 untuk mengetahui apakah nilai harmonisa yang terukur telah melebihi dari bilai batas maksimal yang diijinkan.

MEASUREMENT AND MONITORING FUNCTIONS IEC

Symbol

Function Name

3I Three-phase current I0 Neutral current I2 Current imbalance

IL Average and maximum demand current U0 Residual voltage

UL1/U12 Phase to earth and phase to phase voltages P Active power

Q Reactive power S Apparent power

E+, E- Active energy, exported / imported Eq+, Eq- Reactive energy, exported / imported

PF Power factor f System frequency

Phasor diagram views of currents, zero sequence or phase or line voltages

2^nd to 15^th harmonics and THD of currents

Condition monitoring CB wear harmonics and THD of currents

Condition monitoring CT supervision Disturbance recorder

(4)

16

4. Pembahasan

4.1 Implementasi Pengembangan Prototype Telemonitoring System (Instalasi Perangkat Lunak)

Dalam merancang dan implementasi pengembangan prototype telemonitoring system dibutuhkan beberapa langkah instalasi perangkat lunak yang digunakan selama penelitian. Dalam melakukan intalasi perangkat lunak ada beberapa tahapan yang harus dilakukan secara bertahap. Adapun tahapan dalam instalasi perangkat lunak adalah sebagai berikut:

1. Instalasi Vampset (software konfigurasi Vamp 40 Schneider Electric)

2. Intalasi monitoring pada Elipse Software (Scada Software) yang juga meliputi kalibrasi parameter pada Elipse Power Studio

3. Instalasi coding Software Python

4. Instalasi coding PHP untuk Website Server 4.1.1 Instalasi Software Vampset

Tahapan instalasi vampset merupakan tahapan awal dalam instalasi perangkat lunak pada penelitian ini, karena vampset adalah configuration and setting software untuk vamp 40 Schneider Electric. Dengan menginstal software vampset maka kita dapat melakukan penyetelan pada vamp 40 dengan merubah setting parameter dan proteksi yang terdapat pada vamp 40.

Gambar 4.1 Setting Slave Number dan Bit Rate

Gambar 4.2 Setting IEC-103 Analog Item 4.1.2 Konfigurasi Elipse Power Studio Software

Software Elipse Power Studio adalah software scada yang dapat menampilkan berbagai fungsi salah satunya adalah measurement function yang terintegrasi dengan vamp 40. Pada saat konfigurasi Elipse Power Studio Software terdapat banyak kendala yang memakan waktu berhari-hari karena harus

memecahkan masalah yang terjadi atau software troubleshooting sehingga hasil yang terbaca pada software bisa akurat dan presisi.

Gambar 4.3 Setting I/O Tag pada Drivers and OPC

Gambar 4.4 Hasil Pengaturan Tab Substation Valid

4.1.3 Konfigurasi Coding Software Python

Setelah melakukan pengaturan pada software vampset maupun elipse power studio maka selanjutnya adalah pembuatan coding pada python software yang berfungsi mengirim data hasil pengukuran ke website serveri sehingga data dapat diakses melalui website server. Berikut adalah salah satu bagian dari pemrograman software python.

curMode = mode

if 'chart' in mode:

backmode = 'chart' time.sleep(1) if changeMode==1:

pyautogui.moveTo (579,157) pyautogui.click()

time.sleep(1)

pic=pyautogui.screenshot(region=(387,68,683,507)) pic.save('chart.png')

file = open('chart.png','rb') # file to send

session.storbinary('STOR www/chart.png', file) # send the file

file.close()

4.1.4 Konfigurasi Coding Website (PHP)

PHP adalah bahasa pemrograman script server-side yang didesain untuk pengembangan web. Selain itu PHP juga bisa digunakan sebagai bahasa pemrograman umum. Data agar dapat diakses melalui website server maka harus ada coding php sehingga data yang telah diupload dengan python software dapat

(5)

17

diakses di website. Coding website melakukan pada coding index php dan coding data php.

4.2 Kalibrasi Hasil Pengukuran Elipse Power Studio Ketika Dioperasikan

Elipse Power Studio adalah software scada yang menampil hasil pengukuran paramter-parameter listrik. Namun hasil pengukuran perlu dikalibrasi terlebih dahulu agar sesuai dengan pengukuran yang sebenarnya. Kalibrasi disini maksudnya adalah mencocokan hasil pengukuran dengan vampset atau dengan alat ukur lain seperti fluke power quality anlyzer. Pada penelitian ini kalibrasi elipse akan dibandingkan dengan vampset atau fluke power quality anlyzer.

Hasil pengukuran arus maupun tegangan yang muncul pada vampset adalah hasil pengukuran bilangan bulat. Maksudnya disini adalah vampset melakukan pembulatan pada hasil pengukurannya sehingga hasil pengukuran bukanlah angka desimal melainkan bilangan bulat. Pada kalibrasi kali ini hasil pengukuran pada elipse yang akan dibandingkan adalah hasil pengukuran arus, tegangan, curent harmonic, voltage harmonic dan daya pada motor.

Pada saat kalibrasi software elipse power studio yang perlu diperhatikan adalah EUmax dan DEVmax pada tag yang terdapat di Drivers and OPC. EU max menentukan hasil pengukuran pada elipse power studio, sedangkan DEVmax menentukan angka desimal yang akan muncul pada screen elipse ketika running (gambar 4.5). Pada hasil pengukuran antara elipse dan vampset sudah sama sehingga hasil pembacaan benar (valid).

Gambar 4.5 Hasil Pengukuran Current Harmonic Elipse

Gambar 4.6 Hasil Pengukuran current harmonic Vampset

4.3 Uji Alat Hasil Telemonitoring System Pada Website Server

Pada pengujian hasil telemonitoring system ini ada beberapa pengaturan kondisi pada yang terjadi pada dimmer yang terpasang sehingga hasil pembacaan parameter listrik juga akan berubah sesuai dengan pengaturan kondisi pada dimmer. Dengan pengujian hasil telemonitoring system ini dapat diketahui apakah hasil yang terbaca pada website server akan mengalami perubahan atau tidak.

4.3.1 Unjuk Kerja Hasil Telemonitoring System di Website Server

Melakukan tahap percobaan alat baik menggunakan elipse maupun menggunakan website server. Hasil pengukuran pada web server merupakan hasil yang didapat dari elipse power studio dan elipse power studio telah terintegrasi dengan Vamp 40

A. Tampilan Home

Pada tampilan home (gambar 4.7) menampilkan judul skripsi, foto dan logo matrik.

Gambar 4.7 Tampilan Home

B. Tampilan Grafik Arus

Pada tampilan Chart (gambar 4.8) menampilkan hasil pengukuran arus line to ground fasa R, fasa S, Fasa T.

Gambar 4.8 Tampilan Grafik Arus

C. Tampilan Database

Pada tampilan database (gambar 4.9) menampilkan hasil pengukuran pada motor dalam bentuk tabel database.

(6)

18

Gambar 4.9 Tampilan Database Website

4.4 Analisa Hasil Monitoring Current Harmonic Motor Untuk menganalisa harmonisa arus pada motor maka terlebih dahulu harus mengetahui rasio hubung singkat. Rasio hubung singkat (Short circuit ratio) SCratio , dimana:

ã ïèðìîôïç ß

ã êîòçë ß Maka:

ã îèèòêéë

Tabel 4. 1 Perbandingan Hasil Pengukuran dengan Standart IEEE 519- 1992

Berdasarkan rasio hubung singkat rata-rata yang telah dihitung sebesar 288.675, maka batas maksimum THD yang

diperbolehkan menurut standar IEEE 519-1992 adalah 15%.

Berikut merupakan perbandingan antara harmonisa pada pengukuran dengan standar harmonisa IEEE 519-1992.

Percobaan pada keadaan:

1. Keadaan 1 (Keadaan Normal)

2. Keadaan 2: Arus fasa R 1.03, Arus fasa S 1.30, Arus fasa T 1.16

3. Keadaan 3: Arus fasa R 0.9, Arus fasa S 1,34, Arus fasa T 1,17 4. Keadaan 4: Arus fasa R 0.8, Arus fasa S 1.37, Arus fasa T 1.18 5. Keadaan 5: Arus R 0.74, Arus S 1.41, Arus T 1.73

5. Kesimpulan

1. Untuk mengembangkan prototype telemonitoring menggunakan Vamp 40 harus melalui beberapa tahapan inti yaitu mengoperasikan dan mengatur penyetelan pada software vampset, software elipse power studio, software python dan pemrograman PHP website server. Semua tahapan tersebut dilakukan secara berurutan sehingga jika pada tahap sebelumnya mengalami kegagalan atau error maka perancangan tidak bisa melangkah ke tahapan selanjutnya.

2. Hasil pengukuran yang muncul pada elipse power studio perlu dikalibrasi sehingga nilai yang terbaca valid. Setelah melakukan kalibrasi pada software elipse, evaluasi hasil pengukuran yang tertera pada elipse power studio telah valid sesuai dengan pengukuran sebenarnya, dan data yang tertera pada website server adalah data yang diambil dari elipse power studio. Sehingga jika pengturan pada elipse power studio valid maka data yang ditampilkan pada website juga valid.

3. Hasil telemonitoring system pada website telah sesuai dan pengujian alat juga sudah dilakukan dengan merubah nilai arus pada fasa R menggunakan dimmer pada beberapa kondisi. Didapatkan nilai pada tabel yang berubah sehingga menyebabkan penurunan nilai arus dan kenaikan nilai current harmonic pada motor. Nilai terendah yang didapat yaitu nilai arus fasa R= 0.09 A, fasa S= 1.66 A, fasa T= 1.59 A, dan menyebabkan nilai current harmonic naik pada fasa R= 99%, fasa S= 3.5%, fasa T= 5.5%.

4. Berdasarkan data hasil percobaan didapatkan nilai current harmonic tertinggi berada pada fasa R karena pada fasa R terjadi perubahan arus dan pada beberapa percobaan menyebabkan nilai current harmonic melebihi nilai standar yaitu 15% pada range 100-1000

Daftar Pustaka

[1] Azim, A. (2008). Analisis harmonik pada lampu hemat energi skripsi.

[2] Chapman, S. (2003). Electric Machinaery Fundamentals. McGraw-Hill.

[3] Fauzan, M. R., Martin, Y., & Haris, A. (2015). Analisa Harmonisa Akibat Pengaruh Penggunaan Converter pada Kereta Rel Listrik 1x25 kV Jogyakarta-Solo.

Volume 9, No. 3, September, 9(10), 192 202.

[4] Mardiani, G. T. (2013). Sistem Monitoring Data Aset Dan Inventaris PT TELKOM Cianjur Berbasis Web.

Jurnal Ilmiah Komputer Dan Informatika (KOMPUTA), 2(1), 36 40.

[5] Nurhidayat, E. (2010). Pengaruh Temperatur Lingkungan Kerja Dan Harmonisa Terhadap Kinerja Transformator Arus.

[6] Wijaya, M. (2001). Dasar-dasar Mesin Listrik.

Djambatan.

[7] Zechmair, D., & Steidl, K. (2012). Why the induction Keadaan Isc/IL Range

Standart THD

(%)

Pengukuran THDI R

(%)

Hasil

1 62.95 100-

1000 15 5,95

Tidak Melebihi Standar

2 62.95 100-

1000 15 18.9 Melebihi

Standar

3 62.95 100-

1000 15 24.0 Melebihi

Standar

4 62.95 100-

1000 15 29.2 Melebihi

Standar

4 62.95 100-

1000 15 37.1 Melebihi

Standar

(7)

19

motor could be the better choice for your electric vehicle program. World Electric Vehicle Journal (Vol.

5).