Rancang Bangun Sistem Pendeteksian dan Monitoring Harmonisa Menggunakan Metode DFT

(1)

Rancang Bangun Sistem Pendeteksian dan Monitoring

Harmonisa Menggunakan Metode DFT

Disampaikan Oleh, Dimas Okky Anggriawan 2209100195

Dosen Pembimbing :

Prof. Dr. Ir. Mauridhi Hery Purnomo, M.Eng

Dr. Ardyono Priyadi, S.T, M.Eng

SEMINAR TUGAS AKHIR, JUNI 2013

Jurusan Teknik Elektro, ITS

Kampus ITS, Sukolilo

(2)

2 PENDAHULUAN

Latar Belakang [tentang harmonisa]

Filter harmonisa pasif, sumber google

FLUKE 43B, sumber google •Beban – beban non

linier seperti inverter, VSD, Lampu Fluorescent, motor asinkron

Penyebab

•Menurunnya kualitas daya pada sistem tenaga listrik dan kerusakan-kerusakan dini pada peralatan sistem tenaga

Akibat

•FLUKE 43B •HIOKI PQA 3195

Alat Ukur

Standar

•Melakukan proses pefilteran

Mereduksi

Harmonisa, http://elektro.unsyiah.ac.id Harmonisa, http://1.bp.blogspot.com

(3)

3 PENDAHULUAN

Latar Belakang [Pengukuran Harmonisa]

Alat Ukur

Standar

• FLUKE 43B • HIOKI PQA 3195

Kelemahan

• Mahal • Tidak bisa terintergasi dengan

Webserver

Prototipe

• CT-235 • Mikrokontroller • Borland Delphi • Metode DFT

(4)

4 PENDAHULUAN

Tujuan

• Menggunakan mikrokontroller sebagai

interface antara Current Transformer

dengan Personal Computer

• Merancang suatu prototipe pendeteksian

dan monitoring harmonisa dengan

menggunakan metode Discrete Fourier

Transform (DFT) dan mikrokontroller

serta software borland delphi

Batasan

• harmonisa yang dianalisis adalah

harmonisa arus

• Pengujian dilakukan pada beban linier

275 Watt pada jaringan distribusi 220 V

• Metode yang digunakan dalam

menganalisis harmonisa adalah metode

DFT

(5)

5 TINJAUAN PUSTAKA

Harmonisa

Ket. Gambar

Menunjukkan bentuk

gelombang arus dasar, arus harmonisa, dan arus

terdistorsi.

Tentang Harmonisa

Definisi : Gejala pembentukan gelombang-gelombang dengan

frekuensi berbeda yang merupakan perkalian bilangan bulat dengan frekuensi dasarnya [1]

Sumber : Beban-beban non linier yang terhubung ke sistem distribusi antara lain : inverter, UPS, komputer, printer, televisi, lampu fluorescent yang menggunakan elektronik ballast

Efek : Penurunan kualitas daya, rugi – rugi daya dan temperatur secara abnormal pada peralatan-peralatan tenaga listrik [1]

(6)

6 TINJAUAN PUSTAKA

Harmonisa

Cara Analisis Harmonisa

Umumnya analisis harmonisa arus dilakukan dengan

mentransformasikan sinyal arus dari domain waktu ke domain frekuensi.

Analisis harmonisa selanjutnya merupakan proses perhitungan

magnitude dari komponen dasar dan komponen-komponen

harmonisa pada orde yang lebih tinggi dari suatu gelombang [2].

Ket. Gambar

Transformasi dari domain waktu ke domain frekuensi.

(7)

7 TINJAUAN PUSTAKA

Metode DFT









_x

_t

_e

ft

_dt

f

X

(

)

(

).

2 

_{FT Kontinyu}

FT Diskrit

Analisa DFT, sumber : www.phon.ucl.ac.uk



 





1 0

)]

2 sin(

)

2 )[cos(

(

)

(

N n

N

nm

j

N

nm

n

x

m

X





  



1 0 2

)

(

)

(

N n N mn j

e

n

x

m

X

 imajiner riil imajiner riil

X

m

_X

X

_m

m

X

m

X

)

(

)

(

tan

)

(

)

(

)

(

_

2

_

2

_

1



 



1 0

)

2 cos(

)

(

)

(

N n riil

x

n

_N

nm

m

X





 





1 0

)

2 sin(

)

(

)

(

N n imajiner

x

n

_N

nm

m

X



(8)

8 TINJAUAN PUSTAKA

Analisis Harmonisa

1 2 2

i

THDi

N n n





Spektrum Arus

Menunjukkan representasi grafis dari level komponen pada domain frekuensi

Spektrum arus, Sumber, http://blogs.mathworks.com

Menunjukkan besarnya distorsi harmonisa terhadap arus frekuensi dasar

Keterangan :

i n adalah besarnya arus harmonisa orde n

N adalah orde harmonisa tertinggi yang dianalisa i adalah arus fasa pada frekuensi dasar

(9)

9 PERANCANGAN PROTOTIPE

Diagram Blok Keseluruhan Prototipe

Diagram blok pendeteksian dan monitoring harmonisa

Komponen Prototipe

1. Current Transformer

2. Driver akuisisi data

3. Mikrokontroller

4. RS 232

(10)

10 PERANCANGAN PROTOTIPE

Pengujian CT

Beban I primer V out hitung (V) V out uji (V) Rasio

1 1,35 0,380 0,217 0,16

2 2,69 0,753 0,430 0,16

3 4,07 1,139 0,650 0,16

4 5,37 1,503 0,860 0,16

Tabel. Karakteristik input – output CT-235

Kesimpulan

Pengujian CT 235

(11)

Ket. Tabel

11 PERANCANGAN PROTOTIPE

Perancangan Desain Akuisisi Data

Parameter Akuisisi Data

Ket. Gambar

Rangkaian power supply

parameter nilai Keterangan

Rasio CT 2000 Rasio primer dan sekunder CT

Input Mikro 0 – 5 V Input dari CT-235

Rp CT 270 Resistor terpasang pada output CT

Gain 1,004 Gain pada akuisisi data

offset 2,491 Offset pada akuisisi data

ADC 8 bit Resolusi 0,02 V

(12)

12 PERANCANGAN PROTOTIPE

Perancangan Desain Akuisisi Data

Rangkaian input arus AC dari CT-235 Rangkain inverting amplifier

Rangkaian inverting adder amplifier Gelombang hasil rangkaian amplifier, sumber http://i.stack.imgur.com

(13)

13 PERANCANGAN PROTOTIPE

Perancangan Desain Akuisisi Data

Ket. Gambar

Perancangan akusisi data

Ket. Gambar

Perancangan pengiriman data

(14)

14 PERANCANGAN PROTOTIPE

Diagram Blok Software Analisis Harmonisa

Komponen Software

- Bagian Pembacaan Sinyal

Dari mikrokontroller

- Bagian Pengkondisi Sinyal

- Bagian Analisis Harmonisa

(metode DFT dan THDi)

- Bagian Display

(15)

15 PENGUJIAN PROTOTIPE

Beban dan Rangkaian Pengujian

Komponen Pengujian

- Beban

Linier : Resistor 4 x 275

Watt

- Alat Ukur Standar

Multimeter ( DC 0.5%, AC

1.5%)

FLUKE 43B (THD 3%,

Arus r.m.s 1%)

CT-235 Hardware PC CT-PQA FLUKE 43B Beban 275 Watt

(16)

16 PENGUJIAN PROTOTIPE

Hasil Pengujian rangkaian buffer dan inverting

N o Tegangan input (V) Tegangan output (V) Kesalahan relatif (%) 1 0,412 0,413 0,24% 2 0,669 0,669 0% 3 0,757 0,757 0% 4 0,888 0,888 0% Rata - rata 0,06% Tegangan input (V) Penguat (Gain) Tegangan Out (V) Tegangan Out hitung (V) Kesalahan relatif (%) 0,438 1,004 0,44 0,439 0,23% 0,654 1,004 0,66 0,658 0,30% 0,884 1,004 0,89 0,887 0,34% 0,994 1,004 1 0.998 0,20% Rata -rata 0,26% Tabel. Hasil pengukuran rangkaian buffer Tabel. Hasil pengukuran Inverting Amplifier

xVi Ri Rf Vo  

kesalahan relatif rata - rata = ((0,24%+0%+0%+0%)/4)=0,06%

kesalahan relatif rata – rata

=((0,23%+0,3%+0,34%+0,2%)/4)=0,26%

Kesalahan relatif rata – rata pada rangkaian buffer adalah 0,06% dan rangkaian inverting

amplifier adalah 0,26%

(17)

No Tegangan input (V) Tegangan output ADC (V) Kesalahan relatif (%) 1 2,44 2,439 0,04% 2 2,011 1,998 0,64% 3 1,768 1,756 0,67% 4 1,546 1,547 0,06% Rata - rata 0,35% Tegangan input DC (E1) Tegangan input DC (E2) Tegangan Output (V) Tegangan Output hitung (V) Kesalahan Relatif (%) 0,12 2,491 2,62 2,611 0,3% 0,36 2,491 2,86 2,851 0,32% 0,59 2,491 3,02 3,081 0,23% 0,76 2,491 3,26 3,251 0,28% Rata - Rata 0,28%

17 PENGUJIAN PROTOTIPE

Hasil Pengujian inverting adder dan output ADC

Tabel. Hasil pengukuran output ADC Tabel. Hasil pengukuran Inverting adder Amplifier

Kesalahan relatif rata – rata =

((0,04%+0,64%+0,67%+0,06%)/4)=0,35%

kesalahan relatif rata – rata =

((0,3%+0,32%+0,23%+0,28%)/4)=0,28%

Kesalahan relatif rata – rata pada rangkaian inverting adder amplifier adalah 0,28% dan

output ADC adalah 0,35%

)

2

1

1 (

R

Rf

V

R

Rf

V

Vo









(18)

18 PENGUJIAN PROTOTIPE

Pengukuran Bentuk Gelombang Arus

Gambar 4.4

Bentuk gelombang arus di prototipe pada data SinyalArus6.txt hasil pengukuran beban linier 275 Watt

Gambar 4.4 Bentuk gelombang arus hasil pengukuran beban linier

275 Watt diprototipe pada sampel 1 – 150 dari data SinyalArus6.txt Terjadi error pembacaan pada

amplitudo

Kesimpulan

Pada bentuk gelombang arus tersebut

terlihat bahwa bentuk gelombang arus

tidak mencapai titik puncak amplitudo

arus. Hal ini akan mempengaruhi

(19)

19 PENGUJIAN PROTOTIPE

Pengukuran Arus r.m.s

Data yang disimpan Prototipe

Level arus (A) Kesalahan

(A) Kesalahan relatif (%) Prototipe FLUKE SinyalArus6 0,766 1,14 0,374 32,8% SinyalArus7 0,766 1,14 0,374 32,8% SinyalArus8 0,757 1,14 0,383 33,6% SinyalArus9 0,754 1,14 0,386 33,86% SinyalArus10 0,754 1,14 0,386 33,86% Rata-rata 0,374 33,38%

Tabel. Hasil pengukuran arus r.m.s oleh prototipe pada beban linier 275 Watt

Kesimpulan

hasil pengukuran nilai arus r.m.s dibandingkan dengan FLUKE 43B memiliki error

pembacaan relatif rata – rata adalah 33,38%

(20)

20 PENGUJIAN PROTOTIPE

Pengujian Hasil DFT

Gambar 4.10

Harmonisa keluar pada frekuensi kelipatan 50 Hz

Nilai amplitudo pada frekuensi dasar dan kelipatannnya dari hasil proses DFT pada data SinyalArus6.txt

Gambar 4.10 Nilai frekuensi pada frekuensi dasar dari hasil

proses DFT pada data SinyalArus6.txt

Kesimpulan

• Pada prototipe menunjukkan

frekuensi dasar 50 Hz

mempunyai nilai amplitudo

yang lebih tinggi daripada

nilai amplitudo pada

frekuensi kelipatan dari

(21)

21 PENGUJIAN PROTOTIPE

Pengujian Level THDi

Hasil pengukuran level THDi oleh prototipe pada beban linier 275 Watt

Kesimpulan

hasil pengukuran nilai THDi oleh prototipe dibandingkan dengan alat ukur standar FLUKE 43B memiliki error relatif pembacaan rata – rata adalah 26%

Beban Linier THDi Relatif (%) Kesalahan

FLUKE 43B (%) Prototipe (%) Bebanlinier1.txt 2% 1,48% 26% Bebanlinier2.txt 2% 1,48% 26% Bebanlinier3.txt 2% 1,48% 26% Bebanlinier4.txt 2% 1,48% 26% Rata - rata 26%

(22)

22 PENGUJIAN PROTOTIPE

Pengujian Level THDi

Hasil pengukuran level THDi oleh prototipe pada beban non- linier 125 Watt

Kesimpulan

hasil pengukuran nilai THDi oleh prototipe dibandingkan dengan alat ukur standar FLUKE 43B memiliki error relatif pembacaan rata – rata adalah 64%

Beban non Linier THDi Kesalahan Relatif

FLUKE 43B Prototipe komputer5.txt 84% 137% 63% komputer6.txt 84% 137% 63% komputer7.txt 84% 139% 65% komputer8.txt 84% 139% 65% Rata - rata 64%

(23)

23 KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

Ket. Gambar

Kesimpulan Dari Pelaksanaan Tugas Akhir

Komunikasi serial antara mikrokontroller dengan personal computer memiliki keterbatasan dalam time delay dengan nilai maksimum sebesar 400 mikro detik.

Pada proses ADC menggunakan jumlah 8 bit sehingga resolusinya sebesar 0.02 Volt.

_{Metode DFT dalam mengolah data gelombang arus dalam domain} waktu ke dalam bentuk domain frekuensi belum bisa secara realtime tetapi data gelombang arus disimpan terlebih dahulu.

Prototipe yang dibuat dalam tugas akhir ini mampu memantau keberadaan harmonisa arus hingga orde 15 (frekuensi 750 Hz) dan dalam menyajikan data arus r.m.s dan THDi memiliki error pembacaan relatif rata – rata yaitu 33,38% dan 37,36%.

Sumber : Buku Tugas Akhir – Dimas Okky A

Prototipe sistem pendeteksian dan monitoring harmonisa arus yang dihasilkan

(24)

24 KESIMPULAN DAN SARAN

Rekomendasi

Ket. Gambar

Rekomendasi Untuk Penelitian Selanjutnya

Perlu ditingkatkannya kapasitas dan spesifikasi CT agar keandalan dan ketelitian pengukuran dapat ditingkatkan

Dalam proses ADC memerlukan IC yang lebih baik dengan mikrokontoller seperti ARM

_{komunikasi antara mikrokontroller dengan personal computer} memerlukan device yang mampu meningkatkan software borland delphi dalam penerimaan data.

Metode transformasi bisa menggunakan metode transformasi lain seperti transformasi Wavelet, transformasi Stockwell

_{Pengintegrasian prototipe dengan sistem web server sehingga data} online dapat dikirim dan ditampilkan melalui media internet.

Sumber : Buku Tugas Akhir – Dimas Okky A Salah satu panel pada

(25)

25 DAFTAR PUSTAKA

Ket. Gambar

Daftar Referensi Utama

[1] Arfian, E.T, “Desain Sistem Pendeteksian dan Monitoring Harmonisa Berbasis LabVIEW Menggunakan Metode Transformasi S”, Tugas Akhir Elektro ITS, 2011

[2] Setiawan, A, “Kajian Pengaruh Harmonisa Terhadap Sistem Tenaga Listrik”, Jurnal Eltek, Vol. 05, No. 02, Oktober, 2007

[3] Arrillaga, J., Watson, N.R., “Power System Harmonics Second Edition”, John Wiley & Sons Ltd, England, Ch. 1,2,5, 2003.

[4] Radiana, S.G., “Discreate Fourier Transform Menjadi Fast Fourier Transform”<URL:http//te.ugm.ac.id/~risanuri/isyaratsystem/paperDFT keFFT.pdf>, Desember 2009

[5] IEEE Standard 519-1992, “Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems”, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 1993

[6] Sholikul, M.H “Mengenal Mikrokontroller AVR Atmega 16”,Ilmukomputer.com

7] Teddy, M.Z “Pemrogaman Delphi Untuk Pemula: IDE dan Struktur Pemrogaman”, Ilmukomputer.com

Salah satu panel pada viewform prototipe.

(26)

26 DAFTAR PUSTAKA

Ket. Gambar

Daftar Referensi Utama

[7] Sevgi.Levent , Uluisika.Cagatay, “Labview - Based Virtual Instrument for Engineering Education: A Numerical Fourier Transform Tool”, Dogus University, Istanbul, 2006

[8] Rohman .Y, Budikarso .A, Amran .H , “Rancang bangun sistem pengukuran arus berbasis mikrokontroller

Atmega 8535” Paper PENS, Surabaya

[9] Rahmat , “Desain dan Implementasi Sistem Akuisisi Data Harmonisa Arus Listrik Secara Real Time”, POLI REKAYASA Vol 5, No. 1, Unand, Padang, 2009

[10] Sugiarto. I, Thiang, Siswanto.T.J “Disain dan Implementasi Modul Akuisisi Data sebagai Alternatif Modul DAQ LabVIEW” Universitas Kristen Petra, Surabaya

Salah satu panel pada viewform prototipe.

(27)