Rancang Bangun Sistem Proteksi Daya Listrik menggunakan Sensor Arus dan Tegangan berbasis Arduino
Syafruddin r1, Givy Devira ramady2, Hermawaty3, Ryan Ristiadi Hudaya4
1,2,3,4 Teknik Elektro & Informatika, Sekolah Tinggi Teknologi Mandala Jl. Soekarno-Hatta No 597 Bandung, Indonesia
Abstrak
Alat proteksi listrik merupakan suatu alat yang berfungsi melindungi peralatan-peralatan listrik dari gangguan serta mengurangi dampak kerusakan yang mungkin timbul sehingga dapat meminimalisir resiko terjadinya kebakaran. Alat proteksi listrik yang pada umum sudah terpasang bersamaan dengan KWH (Kilo Watt Hour) meter adalah MCB (Miniatur Circuit Breaker) dan sekering yang terpasang setelah KWH meter dimana jika terjadi gangguan pada instalasi baik disebabkan oleh hubung singkat atau beban lebih maka MCB akan memutus aliran listrik. Rancang bangun alat Sistem Proteksi Daya Listrik ini menggunakan mikrokontroler Arduino Uno sebagai kendali dimana akan digunakan untuk mengolah sinyal input sehingga menjadi ouput yang berupa tampilan pada LCD dan akan mengendalikan relay sebagai pemutus hubungan listrik dan akan membunyikan buzzer apabila terjadi beban lebih dari yang ditentukan. Berdasarkan hasil pengujian diperoleh kesimpulan berupa persentase kesalahan dalam pengukuran tegangan pada alat monitoring ini sebesar 0.5%, serta terdapat penyimpangan pembacaan dari sensor arus ACS712 sebesar 0.27%, hal ini dapat disebabkan dari terbatasnya sensitifitas atau resolusi pembacaan dari sensor ataupun dari alat ukur yang digunakan.
Kata Kunci: Teknologi, Otomatis, IoT, Minyak
Abstract
Electrical protection device is a tool that serves to protect electrical equipment from interference and reduce the impact of damage that may arise so as to minimize the risk of fire. Electrical protection devices that are generally installed together with the KWH (Kilo Watt Hour) meter are MCB (Miniature Circuit Breaker) and fuses that are installed after the KWH meter where if there is a disturbance in the installation either caused by a short circuit or overload then the MCB will cut off the flow electricity. The design of this Electrical Power Protection System tool uses an Arduino Uno microcontroller as a control which will be used to process the input signal so that it becomes an output in the form of a display on the LCD and will control the relay as an electrical breaker and will sound a buzzer if the load is more than specified. Based on the test results, it can be concluded that the percentage error in measuring the voltage on this monitoring tool is 0.5%, and there is a deviation from the readings of the ACS712 current sensor of 0.27%, this can be caused by the limited sensitivity or resolution of readings from the sensor or from the measuring instrument used.
Keywords: Technology, Auto, IoT, Oil
1. PENDAHULUAN
Alat proteksi listrik merupakan suatu alat yang berfungsi melindungi peralatan-peralatan listrik dari gangguan serta mengurangi dampak
terjadinya kebakaran. Alat proteksi listrik yang pada umum sudah terpasang bersamaan dengan KWH (Kilo Watt Hour) meter adalah MCB (Miniatur Circuit Breaker) dan
gangguan pada instalasi baik disebabkan oleh hubung singkat atau beban lebih maka MCB akan memutus aliran listrik.
Apabila MCB tidak bekerja dengan baik, ketika terjadi gangguan maka sekering yang akan putus sehingga aliran listrik juga akan terputus, dimana pada saat sekering putus maka harus diganti dengan yang baru untuk bisa menyambungkan kembali arus pada beban. Pada KWH meter yang pada umumnya terpasang tidak terdapat alat yang dapat menampilkan nilai dari tegangan, arus, cosphi, dan daya secara real time yang terpakai saat itu dan juga tidak adanya alarm yang memberitahukan telah terjadi masalah seperti korseleting atau nilai arus berlebih pada beban yang terpasang.
Sistem proteksi yang dibuat pada perancangan ini dapat digunakan pada genset yang belum memiliki alat monitor dimana energi listrik yang dibangkitkan dapat dimonitor nilai tegangan, arus, dan daya secara digital yang dialirkan oleh genset itu sendiri. Dengan dilengkapi sensor arus maka alat proteksi ini didesain selain untuk melindungi peralatan listrik apabila terjadi arus berlebih dan memutus hubungan listrik sekaligus berbunyinya alarm apabila ada perangkat yang berdaya besar.
Rancang bangun alat Sistem Proteksi Daya Listrik ini menggunakan mikrokontroler Arduino Uno sebagai kendali dimana akan digunakan untuk mengolah sinyal input sehingga menjadi ouput yang berupa tampilan pada LCD dan akan mengendalikan relay sebagai pemutus hubungan listrik dan akan membunyikan buzzer apabila terjadi beban lebih dari yang ditentukan.
2. METODE PENELITIAN
Penelitian ini menggunakan metode penelitian deskriptif kualitatif yang merupakan sebuah metode penelitian yang memanfaatkan data kualitatif dan dijabarkan secara deskriptif sehingga mampu menampilkan hasil data apa adanya tanpa proses manipulasi serta menggambarkan kondisi yang sesungguhnya.
Sistem proteksi daya listrik pada perancangan ini merupakan kombinasi dari alat proteksi, Alarm, dan alat ukur. Alat ini bekerja berdasarkan arus dan tegangan yang terdeteksi pada sistem sehingga didapatkan daya listrik yang digunakan sebagai acuan utama dimana nilai arus didapatkan dari sensor arus ACS712 dan nilai tegangan didapatkan dari sensor tegangan ZMPT101B. Pada sistem proteksi nilai daya listrik yang terdeteksi digunakan sebagai pembanding dimana jika nilai daya dari beban yang terpasang melebihi nilai daya yang ditentukan maka secara otomatis memutus arus sehingga beban yang terpasang tidak mendapat suplay tegangan.
Secara bersamaan Buzzer akan berbunyi dimana fungsinya adalah
sebagai alarm untuk
memberitahukan beban yang terpasang telah melebihi batas daya yang ditentukan.
Sensor Arus ACS712
ACS712 adalah sensor arus yang bekerja berdasarkan efek medan yang digunakan untuk mengukur arus AC atau DC. Modul sensor ini telah dilengkapi dengan rangkaian penguat operasional, sehingga sensitivitas pengukuran arusnya meningkat dan dapat mengukur perubahan arus yang kecil.
Gambar 1. Sensor Arus ACS712
Sensor Tegangan ZMPT101B Sensor ZMPT101b merupakan sensor yang digunakan untuk melakukan monitoring terhadap parameter tegangan, serta dilengkapi keunggulan memiliki sebuah ultra micro voltage transformer, akurasi tinggi dan konsistensi yang baik untuk melakukan pengukuran tegangan dan daya. Pengukuran tegangan AC dapat dilakukan dengan cara dirubah menjadi DC agar lebih mudah dibaca oleh mikrokontroler. Sensor tegangan ZMPT101B telah dilengkapi summing-amplifier sehingga dapat digunakan untuk menaikkan tegangan negatif sehingga baik untuk pengukuran tegangan dengan menggunakan mikrokontroler.
Gambar 2. Sensor Tegangan ZMPT101B
Arduino Nano
Arduino Nano adalah salah satu board mikrokontroler yang berukuran kecil,lengkap dan mendukung penggunaan breadboard. Arduino nano menggunnakan mikrokontroler Atmega 168 yang dilengkapi dengan flash memori sebesar 16 kbyte dan dapat digunakan untuk menyimpan kode program utama. Flash memori ini sudah terpakai 2kbyte untuk program boatloader sedangkan Atmega328 dilengkapi dengan flash memori sebesar 32 kbyte dan dikurangi sebesar 2 kbyte untuk boatloader.
Gambar 3. Arduino Nano
Modul Relay
Modul Relay merupakan jenis golongan saklar yang dimana beroperasi berdasarkan prinsip elektromagnetik yang dimanfaatkan untuk menggerakan kontaktor guna menyambungkan rangkaian secara tidak langsung. Tertutup dan terbukanya kontaktor disebabkan oleh adanya efek induksi magnet yang dihasilkan dari kumparan induktor yang dialiri arus listrik.
Perbedaan dengan saklar yaitu pergerakan kontaktor pada saklar untuk kondisi on atau off dilakukan manual tanpa perlu arus listrik sedangkan relay membutuhkan arus listrik.
Gambar 4. Bagian Relay Pada tahap perancangan system proteksi daya listrik ini, hal yang pertama kali dilakukan adalah membuat rancangan system berupa diagram blok yang menampilkan keseluruhan sistem. Dari diagram blok ini dapat tergambarkan perangakat keras yang digunakan dan menggambarkan alur program yang akan digunakan pada sistem.
Gambar 5. Diagram Blok Sistem Proteksi Daya Listrik
Sensor arus dan sensor tegangan terhubung langsung dengan sumber listrik dari PLN sehingga dapat mengukur jumlah arus dan tegangan pada beban listrik yang digunakan seperti kulkas, setrika, solder dan komponen-komonen listrik lainnya.
Jumlah arus dan tegangan yang didapatkan akan diubah kedalam satuan daya dan hasilnya akan ditampilkan menggunakan LCD 16x2.
Daya yang dihasilkan pada beban listrik yang digunakan akan di proteksi, agar tidak melebihi batas daya yang telah ditentukan. Batasan daya yabng ditentukan dapat diatur oleh user, dengan menginputkan batas daya yang diinginkan menggunakan Push Button. Sistem proteksi daya yang dilakukan, akan memutus arus dari sumber listrik PLN ke beban listrik dengan menggunakan Relay DC. Sistem proteksi akan bekerja ketika daya pada beban listrik melibihi batasan daya ditentukan dan merubah kondisi Relay yang semula pada kondisi Normaly Close (NC), akan berubah menjadi Normaly Open (NO).
Gambar 6. Pengkabelan Sistem Proteksi Daya
Untuk memberikan tegangan pada komponen Arduino Nano dapat menggunkan Power Supply sebesar 5V atau menghubungkan langsung ke komputer menggunakan port USB sehingga selain memberikan supply tegangan ke Arduino Nano, juga dapat secara bersamaan melakukan komunikasi serial untuk mengupload program ke Arduino Nano.
Sensor arus memiliki 3 pin yang masing-masing terhubung ke pin VCC, pin Ground dan pin A1 dan sensor tegangan memiliki 3 pin yang
masing-masing terhubung ke pin VCC, pin Ground dan pin A1 yang terletak pada Arduino Nano. Push button yang digunakan untuk mengatur batas daya yang akan diproteksi menggunakan 3 push button yang masing-masing terhubung dengan pin VCC, pin Ground, pin D2, pin D3 dan pin D4.
Sementara untuk Relay DC yang digunakan terhubung dengan pin VCC, pin Ground dan Pin D5 yang terletak pada Arduino Nano.
Gambar 7. Diagram Alur Program Proteksi Daya Listrik
Alur program pada sistem proteksi daya listrik, dimulai dari program tersebut pertama dijalankan. Program yang dijalankan pertamakali akan mendeklarasi
sensor yang digunakan, relay, LCD, dll. Proses program selanjutnya yaitu menginputkan jumlah batas proteksi daya yang ditentukan dan menghitung daya yang digunakan pada beban serta melakukan perbandingan antara batas proteks daya dan daya pada beban, jika daya antara keduanya sama maka arus yang mengalir pada beban akan diputus dengan menggunakan relay dan jika antara keduanya berbeda akan dilakukan proses perhitungan daya secara berulang.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN Pada tahap pengujian ini akan dilakukan pengujian terhadap sensor-sensor yang digunakan, dalam hal ini yaitu ACS712 sebagai sensor arus dan Zmpt101b sebagai sensor tegangannya. Setelah itu akan dilakukan pengujian terhadap kinerja dari sistem proteksi secara keseluruhan.
Pengujian Sensor Zmpt101b Pengujian sensor tegangan dimaksudkan untuk memastikan bahwa sensor tersebut bekerja dengan baik dalam membaca tegangan AC yang diukur, dalam hal ini listrik yang diukur yaitu listrik 1 phase yang menggunakan 2 kawat penghantar yang kesatu sebagai kawat phase (L) dan yang kedua sebagai kawat Neutral (N) yang umunya bertegangan 220-240 volt.
Pengujian dilakukan dengan melakukan perbandingan antara tegangan yang diukur oleh sensor Zmpt101b dan tegangan yang diukur oleh Avometer yang terstandar kalibrasi. Pengujian tersebut bertujuan agar didapatkan presentasi dalam kesalahan pengukuran yang dibaca oleh sensor tegangan Zmpt101b.
Gambar 8. Perbandingan pembacaaan Zmpt101b & Avometer
Gambar 9. Perbandingan pembacaan tegangan AC
Tabel 1. Hasil perbandingan sensor Zmpt101b dan Avometer
No
Tegangan Yang Diamati (V)
Error Sensor
Zmpt101b
Avometer
1 0 0 0
2 220 219 1
3 221 219 2
4 220 219 1
5 217 215 2
6 210 209 1
7 212 210 2
8 207 205 2
9 220 220 0
Error Rata-rata 11 Presentasi Error (%) 0.5%
Terdapatnya sebuah persentase kesalahan dapat diakibatkan resolusi pembacaan antara sensor tegangan AC dengan alat ukur yang berbeda, dan dapat juga disebabkan ketidakstabilan tegangan saat proses pengukuran sehingga terdapat selisih pembacaan yang masih dalam tahap wajar.
Persentase kesalahan dalam mengukur tegangan pada alat monitoring ini sebesar 0.5%, maka alat monitoring ini dalam mengukur tegangan AC, menurut Standar IEC no. 13B-23 termasuk kedalam kelas
± 0,5% yang memiliki ketelitian dan presisi.
Pengujian Sensor Arus ACS712 Pengujian sensor arus dimaksudkan untuk memastikan agar pembacaan arus pada beban listrik dapat bekerja dengan baik dan dapat diketahui berapa keakuratan pengukuran pada sensor arus Acs712. Pengujian dilakukan dengan melakukan pengukuran arus terhadap beban listrik dan dibandingkan dengan pengukuran arus yang terbaca oleh Amperemeter yang sesuai standar kalibrasi.
Gambar 10. Perbandingan Pengukuran Arus Pada Solder Pengujian yang dilakukan menggunakan 10 sampel pengujian dengan melakukan pengukuran terhadap arus pada beban yang berbeda, sehingga didapatkan presentase kesalahan pengukuran dari alat yang penulis rancang.
Berikut hasil keseluruhan dari perbandingan pengukuran arus menggunakan sensor ACS712 yang terdapat pada tabel dibawah ini.
Tabel 2. Hasil Perbandingan Pengukuran ACS712 & Amperemeter
Hasil pembacaan sensor diatas masih terdapat penyimpangan pembacaan dari sensor arus ACS712, hal ini dapat disebabkan dari terbatasnya sensitifitas atau resolusi pembacaan dari sensor ataupun dari alat ukur yang digunakan.
4. KESIMPULAN DAN SARAN Berdasarkan hasil penelitian serta pengujian yang telah dilakukan, penulis memperoleh kesimpulan :
Persentase kesalahan dalam mengukur tegangan pada alat monitoring ini sebesar 0.5%, maka alat monitoring ini dalam mengukur tegangan AC, menurut Standar IEC no.
13B-23 termasuk kedalam kelas ± 0,5% yang memiliki ketelitian dan presisi.
Terdapat penyimpangan pembacaan dari sensor arus ACS712, hal ini dapat disebabkan dari terbatasnya sensitifitas atau resolusi pembacaan dari sensor ataupun dari alat ukur yang digunakan.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Mario, Mario, Boni Pahlanop Lapanporo, and Muliadi Muliadi.
"Rancang Bangun Sistem Proteksi dan Monitoring Penggunaan Daya Listrik Pada Beban Skala Rumah Tangga Berbasis Mikrokontroler ATMega 328P." Prisma Fisika 6.1 (2018): 26-33.
[2] Putra, Deni Adi, and Riki Mukhaiyar.
"Monitoring Daya Listrik Secara Real Time." VoteTEKNIKA: Jurnal Vocational Teknik Elektronika dan Informatika 8.2 (2020): 26-34.
[3] Ningsih, Marlinda Yuspita, and Adam Adam. "Rancang Bangun Sistem Proteksi Beban Lebih pada Perangkat Elektronik Berbasis Arduino." Seminar Nasional Industri dan Teknologi. 2018.
[4] Syafruddin, R., et al. Transient Voltage Programming in Electric Power Grounding System. In: Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing, 2021. p. 012075.
[5] Syafruddin, R., et al. Voltages Transient Analysis in Electric Grounding Systems. In: Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing, 2021. p. 012059.
[6] Syafrudin, R., & Rachman, A. H. A.
(2018). Analisis Total Harmonik Distorsi Pada Panel Acpdb Akibat Beban Non Linear. Jurnal Online Sekolah Tinggi Teknologi Mandala, 13(2), 33- 44.
[7] Syafruddin, R., et al. "Brush DC Geared Servomotor Control with Microcontroller." Journal of Physics:
Conference Series. Vol. 1933. No. 1.
IOP Publishing, 2021.
[8] Syafruddin, R., et al. "Conventional Switching to Drive A Brush DC Geared Servomotor." Journal of Physics:
Conference Series. Vol. 1933. No. 1.
IOP Publishing, 2021.
[9] Syafruddin, R., et al. "Mengatasi Turun Tegangan Akibat Beban Lebih Menggunakan Gardu Sisip Pada SUTR."
Jurnal Online Sekolah Tinggi Teknologi Mandala 15.1 (2020): 109-116.
"Rancang Bangun Model Simulasi Sistem Pendeteksi Dan Pembuangan Asap Rokok Otomatis Berbasis Arduino." Jurnal Teknik Komputer 6.2 (2020): 212-218.
