RANCANG BANGUN SISTEM TELEMETERING GARDU DISTRIBUSI PT.PLN BERBASIS ANDROID
1. Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk membuat sistem pengukuran baru pada gardu distribusi di jaringan tenaga listrik 20 kV PT.PLN yang efektif, efisien, real time, cepat dan mudah berbasis telemetering memanfaat teknologi ICT yang ada. Studi literatur dan pemahaman model metering dilakukan untuk membuat perangkat keras baru yang dipasang di gardu, dan perangkat lunak yang dipasang pada sistem operasi Android, dimana kedua hal tersebut terintegrasi. Objek penelitian dalam penelitian ini adalah gardu distribusi PT.PLN, pengambilan data dan analisa dilaksanan langsung sehingga data yang didapatkanrealdan sesuai fakta dilapangan.
Kata Kunci :Telemetering, Android, Gardu Distribusi Tenaga Listrik 2. Pendahuluan
Pengukuran beban gardu distribusi dari bagian operasi sistem adalah dasar dalam menganalisa kondisi sistem, kesiapan sistem dalam menambah suplai pelanggan, dan dasar dari pemeliharaan, pembangunan, dan perencanaan sistem. Pada pelaksanaannya pengukuran beban gardu dilaksanakan secara manual menggunakan ampere meter digital, sehingga pelaksana harus turun ke lapangan untuk mengukur beban pada gardu.
Gardu distribusi adalah suatu perangkat ketenaga listrikan yang berisi Transformator daya, rel panel pembagi jurusan, rel panel utama, peralatan proteksi, dan material gardu distribusi utama. Gardu distribusi tersebar di setiap unit PT.PLN untuk merubah tegangan dari 20 kV (kilo Volt) ke 220 Volt sehingga dapat di salurkan oleh jaringan tegangan rendah ke saluran instalasi pelanggan. Banyaknya gardu distribusi dan jarak yang jauh membuat pengukuran memakan waktu yang lama dalam pelaksanaannya, dan hasil pengukuran yang dilaksanakan tidak selalu akurat dikarenakan karakter beban yang fluktuatif mengikuti kondisi penggunaan tenaga listrik di pelanggan.
Menanggapi permasalahan yang ada dibutuhkan solusi alternatif yang dapat menggantikan cara pengukuran manual tersebut. Di tengah pengaruh globalisasi dengan tingkat kompetitif yang tinggi saat ini pengukuran dengan cara manual tersebut harus digantikan dengan sistem pengukuran baru yang lebih baik dengan bantuan teknologi tinggi, oleh karena itu dibuatlah
perancangan sistem pengukuran menggunakan teknologi telekomunikasi digital, sehingga pengukuran berbasis telemetering, untuk human machine interface pengguna di gunakan sistem operasi android sehingga bisa di monitor melalui smartphone.
3. Rancangan (Design) Riset dan Analisa
Dalam penelitian ini, akan dibuat sebuah rancang bangun alat untuk menjawab perumusan masalah diatas. Rancangan yang akan dibuat dengan merakit komponen – komponen berikut, Mikro kontrol Arduino, Sensor Alternating Current, sensor VAC, Analog Digital Converter, 3G Connection Shield, Power Supply Utama, Power Supply peripheral.
Telemetering adalah suatu proses pengiriman besaran ukur jarak jauh melalui media komunikasi data. Besaran yang akan diukur dalam penelitian ini adalah arus dan tegangan pada gardu distribusi PT.PLN, besaran tersebut diambil dari plat tembaga rel busbar pada papan hubung bagi tegangan rendah, arus yang bekerja pada sistem adalah arus bolak balik (alternating current) sistem pembacaan dilakukan melalui beberapa tahapan yaitu:
a. Pembacan arus oleh current transformer
Arus yang mengalir pada rel busbar sangat besar dan tidak mungkin dilakukan poleh perangkat elektronik yang rata-rata memiliki batasan maksimal 5 A, sehingga digunakan Zuansah Rachmat Munggaran
Magister Teknik Elektro
Universitas Mercubuana, Menteng Raya, Jakarta Pusat 08111472131, zuansah.rachmat@gmail.com
current transformer sebagai transduser, prinsip current transformer yang digunakan adalah toroida
Gambar 1.1 Toroida
Toroida adalah kawat yang dililitkan pada inti yang berbentuk lingkaran. Pada prinsipnya, toroida merupakan solenoida yang intinya dibengkokkan sehingga berbentuk lingkaran. Besarnya induksi magnet pada toroida hanya ada di dalam toroida (sumbu toroida) dan besarnya ditentukan dengan rumus
= ˳
... ...(1)
Dimana ,
B = besar medan magnet (Wb.m-2)
N = jumlah lilitan I = Arus kerja
= Jari – jari efektif toroida
b. Pembacaan arus sekunder pada keluaran current transformer menggunakan sensor arus
Modul sensor yang digunakan untuk mendeteksi besar arus yang mengalir lewat blok terminal menggunakan current sensor
chip ACS712-5 yang memanfaatkan efek Hall.
Jika medan magnet B diletakkan tegak lurus pada suatu pelat logam (konduktor atau semikonduktor) dengan cara menempatkan plat tersebut diantara muka-muka kutub sebuah elektromagnet. Medan ini akan mengarahkan gaya pembelok F pada plat sebagaimana dirumuskan dalamil x B, yang menunjukkan ke arah kanan seperti pada Gambar 1.
Gambar 1. Model percobaan efek hall Oleh karena gaya yang mengarah ke samping pada plat tersebut adalah disebabkan oleh gaya pembawa muatan, yaitu qv x B. Pembawa-pembawa muatan positif (hole) atau negatif (electron) akan cenderung mengarah ke kanan ketika pembawa muatan ini hanyut (drift) sepanjang plat logam. Hal inilah yang menyebabkan beda-beda potensial kecil V di antara sumbu x dan y. Secara keseluruhan fenomena ini disebut dengan Efek Hall.
Persamaan Koefisien Hall :
Resistivitas :
Pembawa muatan/hole :
Dimana e, j, E, dan B besaran-besaran fundamental dan t, w, dan L adalah dimensi Volume dari sampel (t.l.w)
tegangan
Sensor tegangan yang digunakan menggunakan sistem mikro trafo pada perangkat modul sensor ZMPT101B, skema sebagai berikut,
Gambar skema cara kerja sensor Tegangan yang masuk akan melewati resistor sehingga akan keluar arus lalu arus akan melewati resistor kedua sehingga keluar tegangan dari modul sebagai output yang nantinya akan menjadi inputan Analog Digital Converter.
Gambar skema model sensor ZMPT101B
d. Perubahan bentuk sinyal dari sensor olehanalog digital converter
ADC (Analog to Digital Converter) adalah suatu perangkat elektronika yang mengubah suatu data yang kontinu terhadap waktu (analog) menjadi suatu data yang diskrit terhadap waktu (digital).
• Kontinu = adalah proses
berkesinambungan, dapat dianalogikan seperti jalanan yang menanjak, antara titik satu dengan yang berikutnya tidak terlihat nyata perbedaannya.
• Diskrit= adalah kebalikan dari kontinu, dapat dianalogikan seperti anak-anak tangga, lompatan satu anak tangga ke yang berikutnya terlihat nyata.
Proses yang terjadi dalam ADC adalah: 1. Pencuplikan
2. Pengkuantisasian 3. Pengkodean
Gambar4.1 Skema ADC
1. Pen-cuplik-an adalah proses mengambil suatu nilai pasti (diskrit) dalam suatu data kontinu dalam satu titik waktu tertentu dengan periode yang tetap. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada ilustrasi gambar berikut:
Gambar 4.2 Proses pencuplikan Semakin besar frekuensi pen-cuplik-an, berarti semakin banyak data diskrit yang didapatkan, maka semakin cepat ADC tersebut memproses suatu data analog menjadi data digital.
2. Peng-kuantisasi-an adalah proses pengelompokan data diskrit yang didapatkan pada proses pertama ke dalam kelompok-kelompok data. Kuantisasi, dalam matematika dan pemrosesan sinyal digital, adalah proses pemetaan nilai input seperti pembulatan nilai.
suatu data analog menjadi data digital. 3. Peng-kode-an adalah meng-kode-kan
data hasil kuantisasi ke dalam bentuk digital (0/1) atau dalam suatu nilai biner.
Gambar 4.3 Proses Peng-kode-an dalam ADC: X1 = 11, X2 = 11, X3 =
10, X4 = 01, X5 = 01, X6 = 10.
Secara matematis, proses ADC dapat dinyatakan dalam persamaan:
Maksimal = Maksimal data bit
Simulasi perhitungan, suatu rangkaian ADC dengan IC 0804 diberikan input tegangan analog sebesar 3 volt. Tegangan referensi IC di-set di 5 volt. Data digital output dari IC 0804 adalah 8 bit data digital. Maka maksimal data nya adalah 28– 1
= 255 (pengurangan 1 dilakukan karena data dimulai dari 0-255 yang berarti berjumlah 256). Sehingga data digital output IC adalah:
Data ADC = (Vin/Vref) x Maksimal Data
Data ADC = (3/5) x 255
Data_Digital_Output_IC = 153 = 10011001
e. Pemrosesan pembacaan oleh
mikrokontrol Arduino UNO R3
Arduino Merupakan board modul dari rangkain microcontroller yang telah dirangkai sehingga pengguna bisa membuat suatu rangkaian tanpa perlu marakit lagi bahan-bahan pendukung mikrokontrol.
Arduino Uno adalah board mikrokontroler berbasis ATmega328. Uno memiliki 14 pin digital input / output (dimana 6 dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, resonator keramik 16 MHz, koneksi USB, jack listrik, header ICSP, dan tombol reset. Uno dibangun berdasarkan apa yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler, sumber daya bisa menggunakan power USB (jika terhubung ke komputer dengan kabel USB) dan juga dengan adaptor atau baterai.
Arduino Uno berbeda dari semua papan sebelumnya dalam hal tidak menggunakan FTDI chip driver USB-to-serial. Sebaliknya, fitur Atmega16U2 (Atmega8U2 sampai versi R2) diprogram sebagai konverter USB-to-serial. Revisi 2 dari Uno memiliki resistor pulling 8U2 HWB yang terhubung ke tanah, sehingga lebih mudah untuk menggunakan mode DFU. Sumber Daya / Power
Arduino Uno dapat diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan catu daya eksternal. Sumber daya dipilih secara otomatis. Untuk sumber daya Eksternal (non-USB) dapat berasal baik dari adaptor AC-DC atau baterai. Adaptor ini dapat dihubungkan dengan memasukkan 2.1mm jack DC ke colokan listrik board. Baterai dapat dimasukkan pada pin header Gnd dan Vin dari konektor DAYA.
Board dapat beroperasi pada pasokan eksternal dari 6 sampai 20 volt. Jika Anda menggunakan tegangan kurang dari 6 volt mungkin tidak akan stabil. Jika menggunakan lebih dari 12V, regulator tegangan bisa panas dan merusak papan. Rentang yang dianjurkan adalah 7 sampai 12 volt.
Pin listrik yang tersedia adalah sebagai berikut:
dapat diaktifkan dengan daya, baik dari colokan listrik DC (7 - 12V), konektor USB (5V), atau pin VIN board (7-12V). Jika Anda memasukan tegangan melalui pin 5V atau 3.3V secara langsung (tanpa melewati regulator) dapat merusak papan Arduino. Penulis tidak menyarankan itu. Tegangan pada pin 3V3. 3.3Volt dihasilkan oleh regulator on-board. Menyediakan arus maksimum 50 mA.
2. GND. Pin Ground.
3. IOREF. Pin ini di papan Arduino memberikan tegangan referensi ketika mikrokontroler beroperasi. Sebuah shield yang dikonfigurasi dengan benar dapat membaca pin tegangan IOREF sehingga dapat memilih sumber daya yang tepat agar dapat bekerja dengan 5V atau 3.3V.
Memori
ATmega328 memiliki 32 KB (dengan 0,5 KB digunakan untuk bootloader). ATmega328 juga memiliki 2 KB dari SRAM dan 1 KB EEPROM (yang dapat dibaca dan ditulis dengan perpustakaan / library EEPROM). Input dan Output
Masing-masing dari 14 pin digital Uno dapat digunakan sebagai input atau output, menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digitalRead(). Mereka beroperasi pada tegangan 5 volt. Setiap pin dapat memberikan atau menerima maksimum 40 mA dan memiliki resistor pull-up internal (terputus secara default) dari 20-50 kOhms. Selain itu, beberapa pin memiliki fungsi spesial:
1. Serial: pin 0 (RX) dan 1 (TX) Digunakan untuk menerima (RX) dan mengirimkan (TX) data serial TTL. Pin ini terhubung dengan pin ATmega8U2 USB-to-Serial TTL.
2. Eksternal Interupsi: Pin 2 dan 3 dapat dikonfigurasi untuk memicu interrupt pada nilai yang rendah (low value), rising atau falling edge, atau perubahan nilai. Lihat fungsi attachInterrupt() untuk rinciannya.
3. PWM: Pin 3, 5, 6, 9, 10, dan 11 Menyediakan 8-bit PWM dengan fungsi analogWrite()
4. SPI: pin 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) mendukung komunikasi SPI dengan menggunakan perpustakaan SPI
5. LED: pin 13. Built-in LED terhubung ke pin digital 13. LED akan menyala ketika diberi nilai HIGH
Arduino Uno memiliki 6 input analog, berlabel A0 sampai A5, yang masing-masing menyediakan resolusi 10 bit (yaitu 1024 nilai yang berbeda). Secara default mereka mengukur dari ground sampai 5 volt, perubahan tegangan maksimal menggunakan pin AREF dan fungsi analogReference(). Selain itu, beberapa pin tersebut memiliki spesialisasi fungsi, yaitu TWI: pin A4 atau SDA dan A5 atau SCL mendukung komunikasi TWI menggunakan perpustakaan Wire.
Ada beberapa pin lainnya yang tertulis di board:
1. AREF. Tegangan referensi untuk input analog. Dapat digunakan dengan fungsi analogReference().
2. Reset. Gunakan LOW untuk me-reset mikrokontroler. Biasanya digunakan untuk menambahkan tombol reset. Komunikasi
Arduino Uno memiliki sejumlah fasilitas untuk berkomunikasi dengan komputer, Arduino lain, atau mikrokontroler lainnya. ATmega328 menyediakan UART TTL (5V) komunikasi serial, yang tersedia pada pin digital 0 (RX) dan 1 (TX). Pada ATmega16U2 saluran komunikasi serial melalui USB dan muncul sebagai com port virtual untuk perangkat lunak pada komputer. Firmware 16U2 menggunakan standar driver USB COM, dan tidak ada driver eksternal diperlukan. Namun, pada Windows, diperlukan file .inf. Perangkat lunak Arduino termasuk monitor serial yang memungkinkan data tekstual sederhana akan dikirim ke dan dari papan Arduino. RX dan TX LED di papan akan berkedip ketika data sedang dikirim melalui chip USB-to-serial dan koneksi USB komputer (tetapi tidak untuk komunikasi serial pada pin 0 dan 1). ATmega328 juga mendukung I2C (TWI) dan komunikasi SPI. Perangkat lunak Arduino termasuk perpustakaan Wire berfungsi menyederhanakan penggunaan bus I2C. Untuk komunikasi SPI, menggunakan perpustakaan SPI.
Pemrograman
Karakteristik Fisik
Panjang maksimum dan lebar PCB Uno masing-masing adalah 2,7 dan 2,1 inci, dengan konektor USB dan colokan listrik yang melampaui dimensi tersebut. Empat lubang sekrup memungkinkan board harus terpasang ke permukaan. Perhatikan bahwa jarak antara pin digital 7 dan 8 adalah 0,16", tidak seperti pin lainnya.
Adapun data teknis board Arduino UNO R3 adalah sebagai berikut :
• Mikrokontroler : ATMEGA328
• Tegangan Operasi : 5V
• Tegangan Input (recommended) : 7 -12 V
• Tegangan Input (limit) : 6-20 V
• Pin digital I/O : 14 (6 diantaranya pin PWM)
• Pin Analog input : 6
• Arus DC per pin I/O : 40 mA
• Arus DC untuk pin 3.3 V : 150 mA
• Flash Memory : 32 KB dengan 0.5KB digunakan untuk bootloader
• SRAM : 2 KB
• EEPROM : 1 KB
• Kecepatan Pewaktuan : 16 Mhz
Konstruksi Jalur Rangkaian Arduino Uno
f. Pengiriman hasil pembacaan oleh mikrokontrol ke android menggunakan 3G shield
Dengan menggunakan 3G Shield pada arduino data dikirim ke android
Perancangan alat memanfaatkan sensor yang merubah besaran analog menjadi digital dan dibaca oleh mikrokontroler untuk selanjutnya di transmisikan oleh jaringan 3G ke smartphone.
g. Desain User Interface pada aplikasi smartphone
Penampilan desain user interface smarphone
Analisa
Analisa yang dilakukan menggunakan penilaian reliabilitas dan juga perhitungan kualitas kehandalan menggunakan aplikasi wireshark.
Keterangan
Dari rancang system yang dibuat data yang didapat dan ditransmisikan adalah berupa :
1. Arus keluar Current Transformer, sebagai bahan analisa akurasi transduser.
3. Tegangan Output sensor Tegangan sebagai bahan analisa ketepatan pembacaan sensor tegangan
4. Bit data pada ADC sebagai analisa perhitungan konversi analog ke digital 5. Tegangan dan arus yang muncul pada
interface aplikasi android sebagai analisa ketepatan konversi data yang dikirim oleh 3G shield
6. Pola pembacaan acak dan konstan metering sebagai analisa kemampuan dan kehandalan rancang bangun alat.
4. Hasil
5. Kesimpulan
Sistem telemetering dapat di implementas
kan pada system kerja gardu distribusi dengan kualitas cukup baik, data yang dikirim dengan rate keberhasilan 98% dan time to live diangka 23, dan persentase packet loss diangka 10-6, data yang dikirim cukup
akurat setelah dihitng tingkat reliabilitas nya sangat baik dan aplikasi pada smartphone dapat menampilkan data secara realtime sesuai dengan yang diharapkan. Kedepannya system yang baru ini dapat di aplikasikan dan bermanfaat bagi efektifitas dan efisiensi kinerja perusahaan dibidang energy.
6. Saran
Percobaan dilakukan pada gardu yang tercover signal 3G yang baik, untuk pemanfaatan teknologi selain 3G harus di ukur kemampuan covering pada wilayah yang akan dilakukan telemetering, dan kedepatannya untuk memaksimalkan akurasi pembacaan peralatan yang digunakan diganti dengan peralatan yang sudah terstandarisasi.
7. Referensi
[1] Turan Gulan, Electric Power System Engineering, USA, Mc Graw-Hill, 1986 [2] SPLN 118-3-1–1996, Standar Kontruki Gardu Distribusi
[3] Buku Standar Kontrukse PLN Volume 4, Jakarta; PT.PLN (Persero) penelitian dan pengembangan, 2010
[4] Yusuf Abdullahi Badamasi, The Working principle of Arduino, Nigeria 2014 [5] R.Feinberg, A review of Transductor Principle and and Application, IEEE Paper 1023, No: 621.318.42, 1949
[6] D.E.Johannson, Telemetering Application and Operation on Large System, AIEE Paper no : 60-242, 1960
[7] A. M. Gibb, New media art, design, and the Arduino microcontroller: A malleable tool. PhD thesis, Pratt Institute, 2010
[8] . D. Mellis, M. Banzi, D. Cuartielles, and T. Igoe, "Arduino: An open electronic prototyping platform," in Proc. CHI, vol. 2007, 2007.
Hari Pertama
JAM Ping T
TL
Vb Vout
SVolt Ibbn
