HALAMAN JUDUL
TUGAS AKHIR – TE145561
Alfian Barizi NRP 2213038002 Moch. Yogi M NRP 2213038021
Dosen Pembimbing Ir. Arif Musthofa, MT. Suwito. ST., MT.
PROGRAM STUDI D3 TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2016
FINAL PROJECT – TE145561
Afian Barizi NRP 2213038002 Moch. Yogi M NRP 2213038021
Advisor
Ir. Arif Musthofa, MT. Suwito. ST., MT.
ELECTRICAL ENGINEERING D3 STUDY PROGRAM Faculty of Industrial Technology
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
PERNYATAAN KEASLIAN
PERNYATAAN KEASLIAN
TUGAS AKHIR
Dengan ini saya menyatakan bahwa isi sebagian maupun keseluruhan tugas akhir saya dengan judul “Prototipe Sistem Pelaporan Gangguan Beserta Posisi Gangguan Pada Jaringan Distribusi” adalah benar-benar hasil karya intelektual mandiri, diselesaikan tanpa menggunakan bahan-bahan yang tidak diijinkan dan bukan merupakan karya pihak lain yang saya akui sebagai karya sendiri.
Semua referensi yang dikutip maupun dirujuk telah ditulis secara lengkap pada daftar pustaka.
Apabila ternyata pernyataan ini tidak benar, saya bersedia menerima sanksi sesuai peraturan yang berlaku.
Surabaya, 2 Juni 2016
Alfian Barizi Moch. Yogi M
HALAMAN PENGESAHAN PROTOTIPE SISTEM PELAPORAN
GANGGUAN BESERTA POSISI GANGGUAN PADA JARINGAN DISTRIBUSI
TUGAS AKHIR
Diajukan Guna Memenuhi Sebagian Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Ahli Madya Teknik
Pada
Bidang Studi Teknik Listrik Program Studi D3 Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember
SURABAYA Menyetujui:
Dosen Pembimbing 1
Ir. Arif Musthofa, M.T. NIP. 19660811 199203 1 004
Menyetujui: Dosen Pembimbing 2
PROTOTIPE SISTEM PELAPORAN GANGGUAN BESERTA POSISI GANGGUAN PADA JARINGAN DISTRIBUSI
Nama Mahasiswa I : Alfian Barizi
NRP : 2213038002 paling sering terjadi karena menempelnya hewan atau ranting pohon yang basah. Saat terjadi gangguan satu fasa ke tanah petugas perlu mencari gangguan dengan inspeksi secara visual atau mengukur tahanan penghantar di setiap section. Cara ini kurang efektif bila gangguan terjadi di penyulang yang panjang dan memiliki banyak section. Oleh karena itu perlu adanya sistem monitoring gangguan ke tanah dan deteksi lokasi gangguan menggunakan sensor arus dan tegangan yang diletakkan pada saluran fasa dan pentanahan di sisi pelanggan sebagai pembaca arus saat terjadinya gangguan ke tanah. Keluaran sensor arus tersebut diterjemahkan oleh ADC ke mikrokontroler (Arduino).
Untuk merealisasikan alat ini diperlukan simulasi jaringan tegangan menengah yang dapat menghasilkan gangguan satu fasa ke tanah, mikrokontroler nantinya akan menangkap besar arus gangguan yang terjadi dan mengirimkan laporan berupa lokasi gangguan melaui media SMS.
Tugas akhir ini dapat memberikan laporan berupa besar arus, jarak lokasi gangguan, fasa yang mengalami gangguan dan waktu terjadinya gangguan satu fasa ke tanah. Alat ini memiliki waktu pengiriman laporan gangguan dengan rata-rata waktu 15,36 detik. Waktu pengiriman laporan gangguan melalui SMS masih bergantung pada kondisi sinyal provider.
PROTOTYPE SYSTEM OF FAULT LOCATION DETECTION IN DISTRIBUTION SYSTEM
Name : Alfian Barizi
Registration Number : 2213038002
Name : Moch. Yogi M
Registration Number : 2213038021
Advisor : Ir. Arif Musthofa, MT.
ID : 19660811 199203 1 004
Advisor : Suwito. ST., MT.
ID : 19810105 200501 1 004
ABSTRACT
Electrical distribution system, which is the largest portion of networks, acts as a final power delivery path to the end users. Fault classification and location is very important in power system engineering in order to clear fault quickly and restore power supply as soon as possible with minimum interruption. Most faults in an electrical system occur with a network of overhead lines are single-phase to ground faults caused due to lightning induced transient high voltage and from falling trees.
The objective of this project is to determine the distance of overhead line cable fault from base station in kilometers.The proposed system is to find the exact location of the fault. The project uses the standard concept of Ohms law i.e., when a AC voltage is applied at the feeder end through a series resistor (Cable lines), then current would vary depending upon the location of fault in the cable. In case there is a short circuit (Line to Ground), the voltage across series resistors changes accordingly, which is then fed to an ADC to develop precise digital data which the programmed Arduino would display in kilometers
After reading the current and voltage when short circuit happen Arduino send report message containing peak current measurement, time when short circuit occur and distance in kilometers. The average time for this prototype to send report is 15.36 second.
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang selalu memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Shalawat serta salam semoga selalu dilimpahkan kepada Rasulullah Muhammad SAW, keluarga, sahabat, dan umat muslim yang senantiasa meneladani beliau.
Tugas akhir ini disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan guna menyelesaikan pendidikan Diploma pada Bidang Studi Teknik Kelistrikan, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya dengan judul:
PROTOTIPE SISTEM PELAPORAN GANGGUAN BESERTA POSISI GANGGUAN PADA JARINGAN DISTRIBUSI
Dalam tugas akhir ini dirancang Prototipe Sistem Pelaporan Gangguan Beserta Posisi Gangguan Pada Jaringan Distribusi yang dikhusukan pada Sistem distribusi penyulang khusus 20 kV.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu dan Bapak penulis yang memberikan berbagai bentuk doa serta dukungan tulus tiada henti, Bapak Ir. Arif Musthofa, MT. dan Bapak Suwito. ST., MT. atas segala bimbingan ilmu, moral, dan spiritual dari awal hingga terselesaikannya tugas akhir ini, yang selalu memberikan doa, semangat, dan dukungannya kepada penulis Penulis juga mengucapkan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu baik secara langsung maupun tidak langsung dalam proses penyelesaian tugas akhir ini.
Penulis menyadari dan memohon maaf atas segala kekurangan pada tugas akhir ini. Akhir kata, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat dalam pengembangan keilmuan di kemudian hari.
Surabaya, 2 Juni 2016
DAFTAR ISI
HALAMAN
HALAMAN JUDUL... i
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v
HALAMAN PENGESAHAN ... vii
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Permasalahan ... 2
1.3 Batasan Masalah... 2
1.4 Tujuan ... 3
1.5 Metodologi Penelitian ... 3
1.6 Sistematika Laporan ... 4
1.7 Relevansi ... 4
BAB II TEORI DASAR ... 5
2.1 Tinjauan Pustaka ... 5
2.2 Jaringan Distribusi Tegangan Menengah ... 6
2.2.1 Sistem Konfigurasi Jaringan Tegangan Menengah ... 7
2.3 Arus Gangguan Hubung Singkat ... 9
2.3.1 Penyebab Gangguan Hubung Singkat ... 10
2.3.2 Jenis-Jenis Gangguan Hubung Singkat ... 11
2.4 Board Arduino Mega ... 13
2.4.1 Arduino IDE ... 13
2.5 Real Time Clock (RTC) ... 14
2.6 Sensor Arus ... 16
2.6.1 Sensor Arus ACS712 ... 16
2.6.2 Sensor Arus CT ... 17
2.9 SIM900 atau GPRS dan GSM Shield ... 20
2.10MIT App Inventor ... 21
2.10.1Desain ... 22
2.10.2Blocks Editor ... 23
BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT ... 25
3.1 Perancangan Sistem Keseluruhan ... 25
3.2 Perancangan Mekanik ... 28
3.2.1 Perancangan Panel Box ... 28
3.2.2 Perancangan Prototipe Simulasi ... 29
3.3 Perancangan Hardware ... 30
3.3.1 LCD (Liquid-Crystal Display) ... 31
3.3.2 Sensor Arus ... 32
3.3.3 Sensor Tegangan ... 34
3.3.4 Perencanaan Power Supply ... 35
3.3.5 RTC (Real Time Clock)... 35
3.3.6 Perancangan SIM900 ... 36
3.4 Perancangan Software ... 37
3.4.1 Pemrograman Sistem Arduino IDE ... 37
3.4.2 Pemrograman pada App Inventor ... 40
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA DATA ... 47
4.1 Pengujian Arduino Mega 2560 ... 48
4.2 Pengujian LCD ... 50
4.3 Pengujian Real Time Clock (RTC)... 51
4.4 Pengujian Power Supply ... 53
4.5 Pengujian Sensor Arus ... 55
4.5.1 Pengujian ACS 712 ... 55
4.5.2 Pengujian CT 500:5 Ampere ... 59
4.6 Pengujian Sensor Tegangan ... 62
4.7 Pengujian Komunikasi dengan SIM900 ... 67
4.8 Pengujian Keseluruhan ... 70
4.9 Analisa Relevansi ... 84
BAB V PENUTUP ... 87
5.1 Kesimpulan ... 87
5.2 Saran ... 87
DAFTAR GAMBAR
HALAMAN
Gambar 2.1 Sistem Jaringan Distribusi ... 6
Gambar 2.2 Konfigurasi Jaringan Radial ... 7
Gambar 2.3 Konfigurasi Jaringan Loop ... 8
Gambar 2.4 Konfigurasi Jaringan Spindel ... 9
Gambar 2.5 Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa dan Hubung Singkat 3 Fasa ke Tanah ... 12
Gambar 2.6 Gangguan Hubung Singkat Fasa ke Fasa ... 12
Gambar 2.7 Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa ke Tanah ... 12
Gambar 2.8 Gangguan Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah ... 12
Gambar 2.9 Board Arduino Mega ... 13
Gambar 2.10 Jendela Arduino IDE... 14
Gambar 2.11 Modul RTC (Real Time Clock) ... 15
Gambar 2.12 Skematik RTC... 15
Gambar 2.13 Modul ACS712 ... 16
Gambar 2.14 Skematik ACS712 ... 17
Gambar 2.15 Sensor Arus CT ... 19
Gambar 2.16 Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh ... 20
Gambar 2.17 LCD (Liquid Crystal Dysplay) ... 20
Gambar 2.18 SIM900 atau GPRS dan GSM Shield ... 21
Gambar 2.19 Halaman Designer Mit App Inventor ... 23
Gambar 2.20 Halaman Blocks Editor pada MIT App Inventor ... 24
Gambar 3.1 Penyulang Banyu Urip ... 25
Gambar 3.2 Diagram Fungsional Sistem ... 26
Gambar 3.3 Panel Box ... 29
Gambar 3.4 Prototipe Gangguan Satu Fasa ke Tanah ... 30
Gambar 3.5 Perancangan Hardware ... 30
Gambar 3.6 Rangkaian Skematik LCD ... 31
Gambar 3.7 Sensor Arus CT dan Sensor Arus ACS712 ... 32
Gambar 3.8 Rangkaian Pengkondisi Sinyal Sensor Arus ... 33
Gambar 3.9 Rangkaian Pengkondisi Sinyal Tegangan ... 34
Gambar 3.10 Skema Power Supply ke Arduino Mega ... 35
Gambar 3.12 Shield SIM900 yang Dihubungkan dengan Arduino
Mega 2560 ... 37
Gambar 3.13 Flowchart 1 Program Arduino... 38
Gambar 3.14 Flowchart 2 Program Arduino... 39
Gambar 3.15 Tampilan Screen 1 pada Aplikasi ... 40
Gambar 3.16 Flowchart Program Block pada Screen 1 ... 41
Gambar 3.17 Tampilan Screen 2 pada Aplikasi ... 42
Gambar 3.18 Flowchart Program Block Pada Screen 2 ... 43
Gambar 3.19 Tampilan Screen 3 pada Aplikasi ... 44
Gambar 3.20 Flowchart Block pada Screen 3 ... 45
Gambar 4.1 Pengujian Sistem ... 47
Gambar 4.2 Flowchart Pemrograman Pengujian Tegangan pin Arduino pada Logika 1 dan Logika 0 ... 48
Gambar 4.3 Skema Pengujian Pin A/D Arduino ... 49
Gambar 4.4 Flowchart Program Tampilan LCD ... 51
Gambar 4.5 Hasil Tampilan LCD ... 51
Gambar 4.6 Flowchart Program Real Time Clock ... 52
Gambar 4.7 Pengujian Real Time Clock ... 52
Gambar 4.8 Skema Pengujian Arus Power Supply ... 54
Gambar 4.9 Skema Pengujian Tegangan Power Supply ... 54
Gambar 4.10 Diagram Pengujian Sensor Arus pada Salah Satu Fasa .. 55
Gambar 4.11 Linierisasi Sensor ACS 712 ... 56
Gambar 4.12 Linierisasi Sensor Arus Fasa R ... 57
Gambar 4.13 Linierisasi Sensor Arus Fasa S ... 57
Gambar 4.14 Linierisasi Sensor Arus Fasa T ... 58
Gambar 4.15 Hasil Pengujian Sensor Arus Fasa T beban 100 Watt .... 59
Gambar 4.16 Diagram Pengujian CT 500:5 A pada Salah Satu Fasa ... 60
Gambar 4.17 Pengujian CT 500:5 Ampere ... 60
Gambar 4.18 Diagram Pengujian Sensor Tegangan pada Salah Satu Fasa ... 63
Gambar 4.19 Linierisasi Sensor Tegangan Fasa R ... 64
Gambar 4.20 Linierisasi Sensor Tegangan Fasa S ... 65
Gambar 4.21 Linierisasi Sensor Tegangan Fasa T ... 65
Gambar 4.22 Hasil Pengujian Sensor Tegangan Fasa R ... 67
Gambar 4.23 Flowchart Program Pengiriman SMS... 68
Gambar 4.24 Hasil Pengujian Komununikasi ... 69
Gambar 4.25 Hasil Pengujian Waktu Pengiriman SMS ... 70
Gambar 4.28 Tampilan SMS pada Android ... 72
Gambar 4.29 Gangguan pada Fasa R (Lokasi 2) ... 73
Gambar 4.30 Tampilan SMS pada Android ... 74
Gambar 4.31 Gangguan pada Fasa S (Lokasi 1) ... 75
Gambar 4.32 Tampilan SMS pada Android ... 76
Gambar 4.33 Gangguan pada Fasa S (Lokasi 2) ... 77
Gambar 4.34 Tampilan SMS pada Android ... 78
Gambar 4.35 Gangguan pada Fasa T (Lokasi 1) ... 79
Gambar 4.36 Tampilan SMS pada Android ... 80
Gambar 4.37 Gangguan pada Fasa T (lokasi 2) ... 81
Gambar 4.38 Tampilan SMS pada Android ... 82
DAFTAR TABEL
HALAMAN
Tabel 2.1 Fungsi Pin pada ACS712 ... 17
Tabel 2.2 Spesifikasi Sensor Arus CT ... 18
Tabel 2.3 Spesifikasi SIM900 ... 21
Tabel 3.1 Spesifikasi Kabel AAAC Menurut Buku PLN 1 ... 27
Tabel 4.1 Pengujian Pin Arduino Mega ... 49
Tabel 4.2 Pengujian Real Time Clock ... 53
Tabel 4.3 Pengujian Power Supply dengan Beban Arduino ... 55
Tabel 4.4 Pengujian ACS712 Fasa R, S dan T ... 56
Tabel 4.5 Hasil Pengujian Sensor Arus ... 58
Tabel 4.6 Pengujian CT 500:5 Ampere (fasa R) ... 61
Tabel 4.7 Pengujian CT 500:5 Ampere (Fasa S) ... 61
Tabel 4.8 Pengujian CT 500:5 Ampere (fasa T) ... 62
Tabel 4.9 Data Linierisasi Sensor Tegangan ... 63
Tabel 4.10 Data Pengujian Sensor Tegangan ... 66
Tabel 4.11 Hasil Pengujian SIM900 ... 69
Tabel 4.12 Hasil Pengujian Fasa R (Sakelar 1) ... 73
Tabel 4.13 Hasil Pengujian Fasa R (Sakelar 2) ... 75
Tabel 4.14 Hasil Pengujan Fasa S (Sakelar 1) ... 77
Tabel 4.15 Hasil Pengujian Fasa S (Sakelar 2) ... 79
Tabel 4.16 Hasil Pengujian Fasa T (Sakelar 1) ... 81
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam penyaluran tenaga listrik sering kali terjadi gangguan tanah yang menyebabkan bekerjanya relai dan jatuhnya pemutus tenaga. Gangguan ini sangat merugikan pelanggan-pelanggan listrik terutama pelanggan tegangan menengah dengan konsumsi daya yang cukup tinggi. Selama ini apabila terjadi gangguan pada pelanggan tegangan menengah PLN akan melakukan penanganan setelah pelanggan tersebut melaporkan gangguan ke PLN. Berdasarkan studi yang telah dilakukan EPRI (Burke and Lawrence, 1984; EPRI 1209-11983) bahwa penyebab terjadinya gangguan permanen pada jaringan distribusi paling banyak adalah pohon dan petir [1] sedangkan untuk tipe gangguan yang paling sering terjadi berdasarkan IJACTE adalah gangguan satu fasa ke tanah dengan presentase sebesar 63% [2].
Oleh karena itu perlu adanya sistem monitoring gangguan ke tanah dan deteksi lokasi gangguan menggunakan sensor arus dan sensor tegangan yang diletakkan pada saluran fasa dan pentanahan di sisi gardu induk sebagai pembaca arus saat terjadinya gangguan ke tanah. Keluaran sensor arus dan tegangan tersebut dikonversikan oleh ADC ke mikrokontroler (Arduino). Data hasil pembacaan mikrokontroler selanjutnya dikirim melalui modem GSM dan dikirimkan melalui media SMS.
gangguan. Kemudian Arduino akan menampilkan jarak gangguan dan fasa yang mengalami gangguan pada display HMI.
Alat tersebut akan dibuat dalam bentuk prototipe yang menggambarkan kondisi relai yang bekerja pada pelanggan tegangan menengah dengan pembacaan arus gangguan tanah. Alat ini diharapkan dapat bekerja dengan baik sehingga kedepannya dapat membantu PLN bertindak lebih cepat untuk mengatasi gangguan pada sistem distribusi 20 kV khususnya gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah.
1.2 Permasalahan
Beberapa permasalahan yang menjadi objek penulisan tugas akhir ini adalah:
1. Dalam penyaluran tenaga listrik jaringan tegangan menengah sering kali terjadi gangguan tanah yang menyebabkan bekerjanya relai dan jatuhnya pemutus tenaga. Gangguan ini sangat merugikan pelanggan-pelanggan listrik terutama pelanggan tegangan menengah dengan konsumsi daya yang cukup tinggi. 2. Belum terdapat sistem yang mampu untuk mencatat fasa mana
yang mengalami gangguan ketika terjadi gangguan satu fasa ke tanah pada sistem jaringan tegangan menengah.
3. Ketika terjadi gangguan pada tegangan menengah pihak PLN juga perlu turun kelapangan untuk mencari lokasi gangguan yang terjadi secara manual dengan menghitung tahanan dengan Megger.
4. Dalam penanganan gangguan masih ada ketergantungan terhadap pelaporan masyarakat.
1.3 Batasan Masalah
Dalam pembuatan tugas akhir ini, diberikan batasan permasalahan agar pembahasan tidak meluas dan menyimpang dari tujuan. Pada tugas akhir ini menggunakan Arduino Mega dan media komunikasi mengunakan modem GSM pada SIM900 dan batasan masalah lainnya sebagai berikut :
1. Ruang lingkup penggunaan alat ini hanya pada sisi pelanggan tegangan menengah dengan tegangan 20 kV.
3. Media komunikasi alat ini menggunakan SMS yang nantinya akan ditampilkan pada aplikasi handphone Android sebagai media antar muka (interface).
4. Alat dapat digunakan pada penyulang khusus dimana tidak ada percabangan pada jaringan SUTM.
5. Sensor arus dan tegangan yang digunakan disesuaikan dengan kemampuan mikrokontroler yang digunakan.
6. Pada prototipe ini digunakan resistor 0,22 Ohm untuk mewakili kabel saluran udara tegangan menengah.
1.4 Tujuan
Tujuan kami menuliskan tugas akhir ini adalah dengan dibuatnya alat ini dapat mempercepat penemuan lokasi gangguan satu fasa ke tanah pada jaringan tegangan menengah. Selain itu juga untuk memberikan pelaporan fasa mana yang mengalami gangguan dengan begitu waktu penanganan gangguan dapat dipersingkat lebih cepat. 1.5 Metodologi Penelitian
error. Tahap akhir pada tahap ini akan dilakukan penyempurnaan pada alat dan membenahi alat jika terjadi error sesuai dengan data yang telah didapat pada analisa.
1.6 Sistematika Laporan
Pembahasan tugas akhir ini akan dibagi menjadi lima Bab dengan sistematika sebagai berikut:
Bab I Pendahuluan
Bab ini meliputi latar belakang, permasalahan, tujuan penelitian, metodologi penelitian, sistematika laporan, dan relevansi.
Bab II Teori Dasar
Bab ini menjelaskan tentang tinjauan pustaka, konsep dari metode yang digunakan dalam mencari lokasi gangguan pada jaringan tegangan menengah.
Bab III Perancangan Sistem Kontrol
Bab ini membahas desain dan perancangan software maupun hardware dari alat deteksi lokasi gangguan satu fasa ke tanah.
Bab IV Pengujian dan Analisa Data
Bab ini memuat hasil simulasi dan implementasi serta analisa dari hasil tersebut.
Bab V Penutup
Bab ini berisi kesimpulan dan saran dari hasil pembahasan yang telah diperoleh.
1.7 Relevansi
2
BAB II
TEORI DASAR
Pada bab ini menjelaskan mengenai teori–teori yang mendasari perancangan dan pembuatan tugas akhir. Teori yang mendukung penyelesaian tugas akhir ini diantaranya adalah mengenai arus gangguan hubung singkat pada jaringan tenaga listrik, sensor arus, sensor tegangan, mikrokontroler, RTC, LCD, modem GSM SIM900 dan App Inventor.
2.1 Tinjauan Pustaka
Penyelesaian masalah untuk mengetahui titik gangguan pada jaringan tegangan menengah saat ini pada lapangan masih menggunakan metode yang digunakan PLN dan ada 1 metode yang pernah diusulkan untuk melokalisir titik gangguan. Metode yang di gunakan untuk melokalisir titik gangguan pada PLN menggunakan Sectionalizer atau LBS [3]. Dengan menggunakan Sectionalizer, satu penyulang terbagi menjadi beberapa section. Sehingga jika terjadi gangguan maka satu penyulang akan mati dan pelokalisiran gangguan dengan membuka semua Sectionalizer sepanjang penyulang. Setelah itu, petugas masih melakukan pengukuran besaran tahanan dengan menggunakan Megger setiap section yang dilepas untuk mengetahui pada section manakah ganguan terjadi. Pada [3] metode yang digunakan masih lama dalam penentuan lokasi titik gangguan.
Pada [4] untuk mengetahui titik gangguan dengan memonitoring besar arus gangguan hubung singkat menggunakan mikrokontroler. Dengan metode yang digunakan hanya dapat menentukan section mana yang terkena gangguan dalam satu penyulang untuk pelokalisiran titik gangguan dan metode tersebut mempercepat pelokalisiran gangguan tanpa membuka semua Sectionalizer dalam satu penyulang.
2.2 Jaringan Distribusi Tegangan Menengah [5]
Sistem distribusi tenaga listrik merupakan salah satu bagian dari suatu sistem tenaga listrik yang dimulai dari PMT incoming di gardu induk sampai dengan Alat Penghitung dan Pembatas (APP) di instalasi konsumen yang berfungsi untuk menyalurkan dan mendistribusikan tenaga listrik dari gardu induk sebagai pusat pusat beban ke pelanggan pelanggan secara langsung atau melalui gardu-gardu distribusi (gardu trafo) dengan mutu yang memadai sesuai standar pelayanan yang berlaku.
Dilihat dari tegangannya sistem distribusi pada saat ini dapat dibedakan dalam 2 macam yaitu
a. Distribusi Primer, sering disebut sistem Jaringan Tegangan Menengah (JTM) dengan tegangan operasi nominal 20 kV/ 11,6 kV
b. Distribusi Sekunder, sering disebut sistem Jaringan Tegangan Rendah (JTR) dengan tegangan operasi nominal 380 / 220
Gambar 2.1 Sistem Jaringan Distribusi
2.2.1Sistem Konfigurasi Jaringan Tegangan Menengah
Konfigurasi jaringan tegangan menengah pada suatu sistem jaringan distribusi sangat menentukan mutu pelayanan yang akan diperoleh khususnya mengenai kontinuitas pelayanannya. Adapun jenis jaringan tegangan menengah yang biasa digunakan adalah:
1. Jaringan Distribusi Pola Radial.
Sistem distribusi dengan pola radial seperti Gambar 2.2 adalah jaringan yang setiap saluran primernya hanya mampu menyalurkan daya dalam satu arah aliran daya. Jaringan ini biasa dipakai untuk melayani daerah dengan tingkat kerapatan beban yang rendah. Keuntungannya ada pada kesederhanaan dari segi teknis dan biaya investasi yang rendah. Adapun kerugiannya apabila terjadi gangguan dekat dengan sumber, maka semua beban saluran tersebut akan ikut padam sampai gangguan tersebut dapat diatasi.
Gambar 2.2 Konfigurasi Jaringan Radial
2. Jaringan Distribusi Pola Loop
Pada jaringan tegangan menengah struktur lingkaran (Loop) seperti Gambar 2.3 adalah jaringan yang dimulai dari suatu titik pada rel daya yang berkeliling di daerah beban kemudian kembali ke titik rel daya semula. Pola ini ditandai pula dengan adanya dua sumber pengisian yaitu sumber utama dan sebuah sumber cadangan. Jika salah satu sumber pengisian (saluran utama) mengalami gangguan, akan dapat digantikan
dengan pola ini biasa dipakai pada sistem distribusi yang melayani beban dengan kebutuhan kontinuitas pelayanan yang baik (lebih baik dari pola radial)
Gambar 2.3 Konfigurasi Jaringan Loop
3. Jaringan Distribusi Pola Spindel
Sistem spindel seperti pada Gambar 2.4 merupakan pengembangan dari pola radial dan loop. Beberapa saluran yang keluar dari gardu induk diarahkan menuju suatu tempat yang disebut gardu hubung (GH), kemudian antara GI dan GH tersebut dihubungkan dengan satu saluran yang disebut express feeder. Sistem gardu distribusi ini terdapat disepanjang saluran kerja dan terhubung secara seri. Saluran kerja yang masuk ke gardu dihubungkan oleh sakelar pemisah, sedangkan saluran yang keluar dari gardu dihubungkan oleh sebuah sakelar beban. Jadi sistem ini dalam keadaan normal bekerja secara radial dan dalam keadaan darurat bekerja secara loop melalui saluran cadangan dan GH.
Gambar 2.4 Konfigurasi Jaringan Spindel
Keuntungan pola jaringan ini adalah :
1. Sederhana dalam hal teknis pengoperasiannya seperti pola radial.
2. Kontinuitas pelayanan lebih baik dari pada pola radial maupun loop.
3. Pengecekan beban masing-masing saluran lebih mudah.
4. Penentuan bagian jaringan yang teganggu akan lebih mudah. Dengan demikian pola proteksinya akan lebih mudah.
5. Baik untuk dipakai di daerah perkotaan dengan kerapatan beban yang tinggi.
2.3 Arus Gangguan Hubung Singkat [6]
Dalam operasi sistem tenaga listrik sering terjadi gangguan – gangguan yang dapat mengakibatkan terganggunya penyaluran tenaga listrik kekonsumen. Gangguan adalah penghalang dari suatu sistem yang sedang beroperasi atau suatu keadaan dari sistem penyaluran tenaga listr ik yang menyimpang dari kondisi normal. Berdasarkan ANSI/IEEE Std.100-1992 gangguan didefenisikan sebagai suatu kondisi fisis yang
Gardu Hubung
untuk bekerja sesuai dengan fungsinya. Gangguan hampir selalu ditimbulkan oleh hubung singkat antar fasa atau hubung singkat fasa ke tanah. Suatu gangguan hampir selalu berupa hubung langsung atau melalui impedansi. Istilah gangguan identik dengan hubung singkat, sesuai standar ANSI/IEEE Std. 100-1992.
Sesuai dengan SPLN No 2:1978 Pasal 9 bahwa dalam sistem distribusi listrik tiga fasa tiga kawat menggunakan pentanahan dengan tahanan sebagai suatu sistem distribusi yang berlaku untuk wilayah kerja PLN di seluruh Indonesia. Dan dalam Pasal 10 dijelaskan bahwa tanahan operasi tersebut terdiri dari tahanan rendah dan tahanan tinggi , untuk sistem distribusi 20 kV dengan tahanan rendah terutama wilayah Jawa Barat dan Jakarta Raya sedangakan sistem distribusi 20 kV dengan tahanan tinggi terdapat di Jawa Timur.
Untuk sistem Jawa Timur yang menggunakan pentanahan dengan tahanan tingi maka nilai tahanan yang digunakan adalah 500Ω dengan arus gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah maksimal 25A jika mengunakan saluran udara. Pada sistem ini pula arus hubung singkat 2 fasa biasanya lebih kecil dari pada arus hubung singkat 3 fasa. Sedang arus gangguan 1 fasa ketanah hampir selalu lebih kecil daripada arus hubung singkat 3 fasa karena:
1. Umumnya impedansi urutan nolnya lebih besar dari pada impedansi urutan positif/ negatif.
2. Gangguan tanah melalui tahanan gangguan
3. Untuk pentanahan yang menggunakan tahanan, tahanan netralnya akan membatasi arus gangguan 1 fasa ketanah. Kondisi sebaliknya terjadi (gangguan 1 fasa ke tanah lebih besar dari pada arus hubung singkat 3 fasa) apabila lokasi gangguan berada di pusat pembangkit atau dekat pusat pembangkit pada sistem dengan pentanahan langsung (solid grounded).
2.3.1Penyebab Gangguan Hubung Singkat
Gangguan biasanya diakibatkan oleh kegagalan isolasi di antara penghantar fasa atau antara penghantar fasa dangan tanah. Secara nyata kegagalan isolasi dapat menghasilkan efek pada sistem yaitu menghasilkan arus yang cukup besar. Ada beberapa faktor yang menyebabkan terjadinya gangguan, antara lain sebagai berikut :
a. Faktor Manusia
menyambungkan rangkaian, salah dalam mengkalibrasi suatu piranti pengaman, dan sebagainya.
b. Faktor Internal
Faktor ini menyangkut gangguan – gangguan yang berasal dari sistem itu sendiri. Misalnya usia pakai, keausan, dan sebagainya. Hal ini bisa mengurangi sensitivitas relai pengaman, juga mengurangi daya isolasi peralatan listrik lainnya.
c. Faktor Eksternal
Faktor ini meliputi gangguan – gangguan yang berasal dari lingkungan di sekitar sistem misalnya cuaca, gempa bumi, banjir, dan sambaran petir. Disamping itu ada kemungkinan gangguan dari binatang, misalnya gigitan tikus, burung, kelelawar, ular dan sebagainya.
Gangguan-gangguan tersebut menyebabkan terjadinya:
1. Interupsi kontinuitas pelayanan daya kepada para konsumen apabila gangguan itu sampai menyebabkan terputusnya suatu rangkaian (circuit) atau menyebabkan keluarnya satu unit pembangkit.
2. Penurunan tegangan yang cukup besar menyebabkan rendahnya kualitas tenaga listrik dan merintangi kerja normal pada peralatan konsumen.
3. Pengurangan stabilitas sistem dan menyebabkan jatuhnya generator. Dan merusak peralatan pada daerah terjadinya gangguan itu.
2.3.2Jenis-Jenis Gangguan Hubung Singkat
Pada dasarnya gangguan yang sering terjadi pada sistem distribusi saluran 20 kV dapat digolongkan menjadi dua macam yaitu gangguan dari dalam sistem dan gangguan dari luar sistem. Gangguan yang berasal dari luar sistem disebabkan oleh sentuhan daun/pohon pada penghantar, sambaran petir, manusia, binatang, cuaca dan lain-lain. Sedangkan gangguan yang datang dari dalam sistem dapat berupa kegagalan dari fungsi peralatan jaringan, kerusakan dari peralatan jaringan, kerusakan dari peralatan pemutus beban dan kesalahan pada alat pendeteksi.
1) Gangguan hubung singkat tiga fasa dan tiga fasa melalui hubungan tanah
(a) (b)
Gambar 2.5 Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa dan Hubung Singkat 3 Fasa ke
Tanah
2) Gangguan fasa ke fasa
Gambar 2.6 Gangguan Hubung Singkat Fasa ke Fasa
3) Gangguan dua fasa ke tanah
Gambar 2.7 Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa ke Tanah
4) Gangguan satu fasa ke tanah atau gangguan tanah
Gambar 2.8 Gangguan Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah
Fasa R
Fasa S
Fasa T
Fasa R
Fasa S
Fasa T
Fasa R Fasa S
Fasa T
Fasa R
Fasa S Fasa T
Fasa R
Fasa S
2.4 Board Arduino Mega [7]
Board Arduino Mega adalah sebuah sistem minimum berbasis mikrokontroler ATmega2560. Spesifikasi board Arduino berdasarkan datasheet adalah sebagai berikut :
1. Tegangan aktif 5V 2. Tegangan masukan 7-12V 3. Tegangan masukan (batas) 6-20V
4. Pin Input/Output Digital 54 (6 dapat digunakan sebagai PWM) 5. Pin Input Analog 16
6. Arus DC pin I/O 40 mA 7. Arus DC pada 3,3V 50 mA
8. Flash Memory 128 KB (ATmega328), 0,5 KB digunakan bootloader
9. SRAM 8 KB (ATmega328) 10.EEPROM 4 KB (ATmega328) 11.Clock Speed 16 MHz
Board ini dilengkapi jack DC dengan ukuran tegangan antara 6-20 V. Selain itu, board ini juga dilengkapi USB untuk komunikasi serial sehingga dapat dengan mudah dikoneksikan dengan PC. Bentuk fisik board Arduino seperti pada Gambar 2.9.
Gambar 2.9 Board Arduino Mega
2.4.1Arduino IDE
brace matching, dan indentasi otomatis untuk kemudahan pembacaan program, serta dapat melakukan proses compile dan upload program ke board dalam satu klik. Jendela Arduino IDE dapat dilihat pada Gambar 2.10.
Gambar 2.10 Jendela Arduino IDE
IDE Arduino adalah software yang sangat canggih ditulis dengan menggunakan Java. IDE Arduino terdiri dari:
1. Editor program, sebuah window yang memungkinkan pengguna menulis dan mengedit program dalam bahasa Processing. 2. Compiler, sebuah modul yang mengubah kode program
(bahasa Processing) menjadi kode biner. Bagaimanapun sebuah mikrokontroler tidak akan bisa memahami bahasa Processing. Yang bisa dipahami oleh mikrokontroler adalah kode biner. Itulah sebabnya compiler diperlukan dalam hal ini.
3. Uploader, sebuah modul yang memuat kode biner dari komputer ke dalam memory di dalam papan Arduino.
2.5 Real Time Clock (RTC) [8]
dengan indikator AM/PM aktif ketika kondisi low. Sebuah temperatur yang presisi dikompensasi sebagai tegangan referensi. Rangkaian komparator memonitor status VCC untuk mendeteksi gangguan listrik, untuk memberikan output ulang dan secara otomatis terhubung ke sumber cadangan jika diperlukan. Selain itu, pin RST akan aktif ketika tegangan 0 Volt yang dideteksi sebagai tombol tekan untuk menghasilkan perintah reset.
Data-data yang tersimpan pada IC DS3231 disimpan pada register 00H untuk detik, 01H untuk menit, 02H untuk jam, 03H untuk hari, 04H untuk tanggal, 05H untuk bulan, 06H untuk tahun, 07H untuk kontrol dan RAM 56x8 pada register 08H-3FH. Register tersebut bisa diakses oleh mikrokontroler melalui bus I2C.M. Modul RTC dapat dilihat pada Gambar 2.11 dan Skematik dari RTC dapat dilihat pada Gambar 2.12.
Gambar 2.11 Modul RTC (Real Time Clock)
2.6 Sensor Arus
Pengukuran atau sensing arus listrik adalah salah satu dari parameter utama yang diperlukan dalam sistem ketenagalistrikan. Misalkan untuk pengukuran arus yang besar, pengukuran daya dan digital. Hal ini dapat kemudian digunakan untuk menampilkan arus yang akan diukur dalam ammeter atau dapat disimpan untuk analisa lebih lanjut dalam sistem akuisisi data atau dapat dimanfaatkan untuk tujuan kontrol.
Gambar 2.13 Modul ACS712
Dalam tugas akhir ini menggunakan ACS712 sebagai sensor arus seperti pada Gambar 2.13 dan skematik ACS712 pada Gambar 2.14. ACS712 adalah sensor arus yang bekerja berdasarkan efek medan. Sensor arus ini dapat digunakan untuk mengukur arus AC atau DC. Hambatan dalam penghantar sensor sebesar 1,2 mΩ dengan daya yang rendah. Jalur terminal konduktif secara kelistrikan diisolasi dari sensor timah mengarah (pin 5 sampai pin 8) terlihat pada Tabel 2.1. Hal ini menjadikan sensor arus ACS712 dapat digunakan pada aplikasi-aplikasi yang membutuhkan isolasi listrik tanpa menggunakan opto-isolator atau teknik isolasi lainnya yang mahal.
Spesifikasi Sensor Arus ACS712:
Waktu kenaikan perubahan luaran = 5 µs. Lebar frekuensi sampai dengan 80 kHz.
Tegangan isolasi minimum 2,1 kVRMS antara pin1-4 dan pin 5-8.
Sensitivitas luaran 185 mV/A.
Mampu mengukur arus AC atau DC hingga 5 A.
Tegangan luaran proporsional terhadap masukan arus AC atau DC.
Tegangan kerja 5 VDC.
Dilengkapi dengan penguat operasional untuk menambah sensitivitas luaran.
Gambar 2.14 Skematik ACS712 Tabel 2.1 Fungsi Pin pada ACS712
Pin Sensor ACS712
Fungsi
IP + Terminal yang mendeteksi arus, terdapat sekring di dalamnya
IP - Terminal yang mendeteksi arus, terdapat sekring di dalamnya GND Terminal sinyal ground
FILTER Terminal untuk kapasitor eksternal yang berfungsi sebagai pembatas bandwith Viout Terminal keluaran sinyal analog
Vcc Terminal masukan catu daya
2.6.2Sensor Arus CT [10]
CT umumnya selain digunakan sebagai media pembacaan juga digunakan dalam sistem proteksi sistem tenaga listrik. Sistem proteksi dalam sistem tenaga listrik sangatlah komplek sehingga CT itu sendiri dibuat dengan spesifikasi dan kelas yang bervariatif sesuai dengan kebutuhan sistem yang ada.
Spesifikasi pada CT antara lain:
1. Rasio CT, rasio CT merupakan salah satu spesifikasi dasar yang harus ada pada CT, dimana nilai arus yang ada di lapangan akan di bandingkan dengan kemampuan CT yang digunakan. Misal CT dengan rasio 5A/5mA, maka bila ada arus yang melalui CT sebesar 5A akan dikeluarkan oleh CT sebesar 5mA. Kesalahan pada perhitungan rasio ataupun besarnya presentasi error (%eror) akan mengakibatkan besarnya kesalahan penghitungan tarif, kesalahan pembacaan di alat ukur, dan kesalahan operasi sistem proteksi.
2. Class, kelas CT menentukan untuk sistem proteksi jenis apakah core CT tersebut. Misal untuk proteksi arus lebih digunakan kelas 5P20, untuk kelas tarif metering digunakan kelas 0,2 atau 0,5, untuk sistem proteksi busbar digunakan Class X atau PX.
3. Burden atau nilai maksimum daya (dalam satuan VA) yang mampu dipikul oleh CT. Nilai daya ini harus lebih besar dari nilai yang terukur dari terminal sekunder CT sampai dengan koil relai proteksi yang dikerjakan. Apabila lebih kecil, maka relai proteksi tidak akan bekerja untuk menjatuhkan CB/PMT apabila terjadi gangguan.
Jenis CT yang dipakai adalah CT-500:5A seperti pada Gambar 2.15 yang memiliki spesifikasi seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Spesifikasi Sensor Arus CT
Gambar 2.15 Sensor Arus CT
2.7 Sensor Tegangan [11]
Sensor tegangan merupakan alat yang digunakan untuk mendeteksi besar tegangan yang melalui suatu peralatan listrik. Sensor tegangan menggunakan trafo step down dengan rangkaian penyearah. Penggunaan trafo step down yaitu agar dapat menurunkan tegangan pada sisi primer terhadap sisi sekunder, sehingga pada sisi sekunder dapat digunakan untuk peralatan pengukuran. Prinsip kerja dari sebuah trafo adalah ketika kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah. Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti besi ke kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi. Jika efisiensi sempurna, semua daya pada lilitan primer akan dilimpahkan ke lilitan sekunder. Dari sebuah trafo.
Gambar 2.16 Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh
2.8 LCD (Liquid Crystal Display) [12]
LCD (Liquid Crystal Display) bisa memunculkan gambar atau tulisan dikarenakan terdapat banyak sekali titik cahaya yang terdiri dari satu buah kristal cair sebagai sebuah titik cahaya. Fungsi pin yang terdapat pada LCD terlihat pada Gambar 2.17. Modul LCD memiliki karakteristik:
1. Terdapat 16 x 2 karakter huruf yang bisa ditampilkan 2. Terdapat 192 macam karakter
3. Terdapat 80 x 8 bit display RAM (maksimal 80 karakter) 4. Memiliki kemampuan penulisan dengan 8 bit maupun dengan 4
bit
5. Dibangun dengan osilator local 6. Satu sumber tegangan 5 Volt
7. Otomatis reset saat tegangan dihidupkan 8. Bekerja pada suhu 0 ͦ C sampai 55 ͦ C
Gambar 2.17 LCD (Liquid Crystal Dysplay)
2.9 SIM900 atau GPRS dan GSM Shield [13]
web server. Spesifikasi dari SIM900 terdapat padaTabel 2.3, dan board SIM900 terdapat pada Gambar 2.18.
AT Command adalah perintah yang dapat diberikan modem GSM/CDMA seperti untuk mengirim dan menerima data berbasis GSM/GPRS, atau mengirim dan menerima SMS. SIM900 GSM/GPRS dikendalikan melalui perintah AT (GSM 07.07, 07.05, dan SIMCOM).
Tabel 2.3 Spesifikasi SIM900
Spesifikasi
Ukuran PCB 77,2mm x 66,0mm x 1,6mm Indikator PWR, status LED, net status LED
Power Supply 9~20V, compatible with Arduino
Protokol Komunikasi UART
RoHS Yes
Gambar 2.18 SIM900 atau GPRS dan GSM Shield
2.10 MIT App Inventor [14]
MIT App Inventor adalah sebuah tool yang digunakan untuk membuat aplikasi android yang dikembangkan Massachusetts Institute of Technology (MIT). Tool ini berbasis visual blockprogramming yang dalam penggunaannya hanya dengan menyusun “blok” yang merupakan bagian dari simbol-simbol perintah.
bagi sistem operasi Android. App Inventor menggunakan antarmuka grafis, serupa dengan antarmuka pengguna pada Scratch dan StarLogo TNG, yang memungkinkan pengguna untuk melakukan proses drag dan drop objek visual untuk menciptakan aplikasi yang bisa dijalankan pada perangkat Android. Dalam menciptakan App Inventor, Google telah melakukan riset yang berhubungan dengan komputasi edukasional dan menyelesaikan lingkungan pengembangan online Google.
2.10.1 Desain
Desainer digunakan untuk membuat UI (User Interface) dan memasukkan komponen-komponen App Inventor yang akan dipakai pada aplikasi dengan jendela desainer. Terdapat bagian Palette, Viewer, Components dan Properties. Halaman jendela designer pada MIT App Inventor terdapat pada Gambar 2.19 dan menu penting yang dapat digunakan adalah sebagai berikut.
1. Pallete : Berisi seluruh komponen yg bisa kita pakai untuk membuat aplikasi
2. Viewer : Untuk menempatkan Komponen dan mendesain seperti apa tampilan atau UI dari aplikasi
3. Components : Berisi komponen yang telah kita ambil dan akan gunakan pada aplikasi
4. Properties : Disini kita bisa mengubah properti dari masing-masing komponen, misal warna layar.
5. Add/Remove Screen : Menambahkan atau menghapus screen, ini fitur baru pada App Inventor, yaitu dukungan Multiscreen. 6. Open The Blocks Editor : untuk mengaktifkan jendela Blocks
Editor, sekali diaktifkan apabila Blocks Editor.
Gambar 2.19 Halaman Designer Mit App Inventor
2.10.2 Blocks Editor
Blocks Editor adalah tempat untuk mengambil blocks (kode program yg telah dijadikan objek visual), dan menyusun blocks-blocks tersebut sehingga berfungsi sesuai dengan yang kita inginkan. Halaman jendela blocks editor terdapat pada Gambar 2.20. Ada lima menu penting dalam penggunaannya adalah sebagai berikut.
1. Built-In: Blocks dasar dari komponen App Inventor
2. My Blocks : Blocks dari komponen yang kita gunakan untuk aplikasi, yaitu yang dimasukkan pada desain
3. Advance : Blocks pelengkap dari yang ada pada My Blocks 4. New Emulator : Menu untuk mengaktifkan Emulator
3
BAB III
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT
Pada bab ini akan dibahas mengenai perancangan dan pembuatan alat Prototipe Pendeteksi Gangguan beserta Lokasi Gangguan pada Jaringan Distribusi Tegangan Menengah menggunakan Arduino dengan media SMS. Perancangan dan pembuatan perangkat keras (hardware) yang meliputi perancangan sensor arus ACS 712, sensor tegangan dan pengkondisi sinyal. Sedangkan pada perangkat lunak (software) yang meliputi pembuatan program pembacaan data sensor melalui Arduino IDE dan perancangan pada MIT App Inventor. 3.1 Perancangan Sistem Keseluruhan
Pada Gambar 3.1 merupakan gambar Penyulang Banyu Urip yang menjadi dasar dari pembuatan tugas akhir ini, berdasarkan Data Induk Jaringan (DIJ) dari UP PLN Rayon Dukuh Kupang didapat data sebagai berikut :
Nama Penyulang : Penyulang Banyu Urip Panjang Penyulang : 5,7 km
Jenis Konduktor : AAAC (150 mm²)
Pada alat pendeteksi gangguan dan lokasi gangguan jaringan tegangan menengah ini digunakan sebuah prototipe jaringan 3 fasa R, S, T dengan pemasangan sensor yang dipasang di pangkal penyulang pada gardu induk. Pada tugas akhir ini gangguan pada sistem berupa gangguan satu fasa ke tanah, ketika terjadi gangguan satu fasa ke tanah maka akan mengalir arus hubung singkat dan adanya tegangan jatuh sehingga arus singkat dan tegangan jatuh tersebut di baca oleh sensor arus dan sensor tegangan yang nantinya akan di olah pada mikrokontroler dan di tampilkan pada LCD. Selain di tampilkan pada LCD arus gangguan dan jarak gangguan akan di kirim berupa SMS melaui modul GSM SIM900. Diagram fungsional sistem secara keseluruhan dapat dilihat pada Gambar 3.2.
T Prototipe Simulasi Gangguan Satu Fasa
ke Tanah
Berdasarkan Gambar 3.2 sensor arus dan tegangan akan membaca sinyal trip yang disimulasikan oleh sakelar, dalam tugas akhir ini gangguan pada sistem berupa gangguan satu fasa ke tanah. Sinyal trip akan diolah oleh program pada mikrokontroler yang akan menampilkan besar arus gangguan, fasa yang mengalami gangguan dan waktu gangguan pada LCD. Data gangguan yang berupa arus gangguan, fasa dan waktu gangguan tersebut dikirimkan ke HMI (Human Machine Interface) yang nantinya akan diterima melalui aplikasi Android App Inventor melalui media komunikasi SMS dari SIM900 (transmitter). Proses simulasi gangguan dilakukan dengan menentukan besaran tahanan dimana untuk mewakili tahanan sepanjang konduktor SUTM dimana konduktor yang digunakan menggunakan tipe AAAC tanpa isolasi, berdasarkan buku PLN 1 “Kriteria Desain Enjinering Konstruksi Jaringan Distribusi Tenaga Listrik”, 2010. Adapun spesifikasinya tertera pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Spesifikasi Kabel AAAC Menurut Buku PLN 1
impedansi saluran dengan menggunakan Persamaan 3.1 dimana R adalah resistansi dan X adalah reaktansi.
2
2 X
R
Z (3.1)
Karena simulasi gangguan menggunakan resistor sebagai simulator impedansi kabel SUTM sehingga X resistor dianggap bernilai nol. Sehingga di dapatkan :
km
Z 0,224202 0,224/
Dengan nilai impedansi sebesar 0,22 Ω/km maka dengan mensubstitusikan Persamaan 3.2 hukum Ohm dengan Persamaan 3.3. Sehingga jarak gangguan dapat dicari dengan Persamaan 3.4.
If yaitu perancangan Panel Box dan perancangan prototipe simulasi gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah.
3.2.1Perancangan Panel Box
4
3.2.2Perancangan Prototipe Simulasi
T
Gambar 3.4 Prototipe Gangguan Satu Fasa ke Tanah
3.3 Perancangan Hardware
Pada perancangan hardware pada tugas akhir ini yang dibahas terdiri dari rangkaian sensor arus ACS712, Perencanaan Power Supply, perencangan rangkaian sensor tegangan, modul RTC, rangkaian Arduino Mega, rangkaian LCD, modem GSM SIM900. Tampilan perencanaan hardware terdapat pada Gambar 3.5.
3.3.1LCD (Liquid-Crystal Display)
LCD berfungsi menampilkan karakter yang telah diproses oleh kontroler, bertujuan mennginformasikan data yang berlangsung atau telah diproses dalam bentuk karakter. LCD yang digunakan pada perancangan alat ini menggunakan LCD 16x2. 16x2 mewakili 16 kolom dan 2 baris, berarti LCD ini dapat menampilkan karakter pada sepanjang 32 buah dengan masing-masing kolom maksimal berisi 16 buah karakter. LCD ini membutuhkan power supply sebesar 5 Volt DC dan pin yang digunakan pada LCD pada alat ini yaitu pin CONTR, RS, RW, E, D4, D5, D6, D7. Pada pin LCD yang diguakan di hubungkan dengan pin yang ada di Arduino yaitu pin CONTR dihubungkan dengan potensio 10k Ohm untuk mengatur kecerahan pada karakter yang di tampilkan LCD pin RS, E, D4, D5, D6 dan D7 di hubungkan pada pin 7, 6, 5, 4, 3 dan 2 secara berurutan dan pin RW di hubungkan dengan ground. Rangkaian LCD ini dapat dilihat pada Gambar 3.6 berikut.
Gambar 3.6 Rangkaian Skematik LCD
3.3.2Sensor Arus
Sensor arus merupakan sebuah alat yang digunakan untuk membaca nilai arus. Sensor yang digunakan pada perancangan alat ini yaitu ACS712 dan CT. Pada perancangan simulasi gangguan, karena arus yang di timbulkan oleh gangguan hubung singkat bernilai besar maka menggunakan sensor arus CT dengan rating kerja 500:5 A seperti pada Gambar 3.7 (a). Sensor arus CT dengan pembacaan batas arus maksimum pada sisi primer 500A dan pada sekundernya 5A oleh karena itu sisi sekunder CT diberi sensor arus ACS712 seperti pada Gambar 3.7 (b), sehingga dapat membaca arus 0-5A untuk di rubah ke bentuk besaran tegangan 0-5Volt untuk memenuhi spesifikasi input dari Arduino yaitu 0-5Volt.
Jumlah sensor arus CT dan ACS712 yang digunakan pada perancangan ini yaitu ada tiga. Di karenakan sistem jaringan tegangan menengah menggunakan 3 fasa maka sensor arus di letakkan perfasanya yaitu fasa R, S dan T.
(a) (b)
Gambar 3.7 Sensor Arus CT dan Sensor Arus ACS712
Gambar 3.8 Rangkaian Pengkondisi Sinyal Sensor Arus
Rangkaian Rectifier pada perancangan alat ini yaitu menggunakan penyearah gelombang penuh. Hal ini dikarenakan agar lonjakan sinyal arus gangguan pada saat siklus negatif juga dapat terbaca pada rangkaian peak detector. Komponen rangkaian penyearah yaitu hanya penyearah jenis sisir 5A.
3.3.3Sensor Tegangan
Sensor tegangan merupakan alat yang digunakan untuk membaca nilai besaran tegangan yang melalui suatu peralatan listrik. Pada perancangan alat ini sensor tegangan menggunakan trafo stepdown untuk menurunkan nilai tegangan 220 menjadi tegangan AC 6 V. Trafo yang digunakan yaitu trafo CT 350mA.
Rangkaian pengkondisi sinyal yang digunakan pada sensor tegangan alat ini yaitu rangkaian penyearah di tunjukkan pada Gambar 3.9. Sinyal dari keluaran trafo masih berupa sinyal AC 6 Volt, agar Arduino dapat membaca tegangan dari sensor maka sinyal di kondisikan menjadi sinyal DC 0-5 Volt. Komponen rangkaian penyearah gelombang penuh dengan menggunakan 2 dioda 1N404 yang berfungsi sebagai pengubah tegangan AC menjadi tegangan DC dan penambahan kapasitor 470nF digunakan penyetabil tegangan keluaran sensor dengan mengurangi ripple tegangan dan juga pemilihan nilai kapasitor 470nF digunakan agar respon yang cepat ketika tegangan masukan trafo turun sehingga dapat membaca nilai drop tegangan sesaat sebelum MCB trip yang menyebabkan tegangan masukan trafo menjadi nol. Mutiturn 50k Ohm di gunakan untuk kalibrasi sensor tegangan dengan prinsip pembagi tegangan agar tegangan maksimum dari masukan ketika tegangan AC 6 V dapat menghasilkan keluaran sensor tegangan DC 5 V.
3.3.4Perencanaan Power Supply
Rangkaian power supply berfungsi sebagai catu daya Arduino Mega, sensor, dan modem SIM900. Oleh karena itu, pada tugas akhir ini digunakanlah powerbank sebagai power supply dengan tegangan sebesar +5Volt. Rangkaian power supply dengan Arduino Mega untuk tugas akhir ini seperti yang terlihat pada Gambar 3.10.
Gambar 3.10 Skema Power Supply ke Arduino Mega
Penggunaan Powerbank pada tugas akhir ini yaitu bertujuan agar mikrokontroler tidak mati ketika ada gangguan satu fasa ke tanah yang menyebabkan trip-nya jaringan.
3.3.5RTC (Real Time Clock)
RTC DS3231. RTC DS3231 menyediakan pewaktu dalam detik, menit, jam, hari, tanggal, bulan dan tahun. Modul rangkaian RTC dapat dilihat pada Gambar 3.11.
Gambar 3.11 Skema Rangkaian Modul RTC dengan Arduino Mega
3.3.6Perancangan SIM900
Gambar 3.12 Shield SIM900 yang Dihubungkan dengan Arduino Mega 2560
Pada perancangan SIM900 menggunakan pin serial 1 yaitu pada pin 18, 19 yang digunakan untuk pengiriman data dan AT command dari Arduino ke shield SIM900, juga sebagai penerima data dari shield SIM900 ke Arduino.
3.4 Perancangan Software
Perancanagan software di tugas akhir ini terbagi dari dua bagian yaitu perancangan software pada Arduino IDE dan perancangan software dengan App Inventor yang akan menjadi tampilan pada Android.
3.4.1Pemrograman Sistem Arduino IDE
Pemrograman untuk hardware Arduino Mega menggunakan program Arduino IDE. Flowchart pemrograman mikrokontroler dapat dilihat pada Gambar 3.13.
Berdasarkan flowchart yang terlihat pada Gambar 3.14 sampai Gambar 3.14 penjelasan algoritma pada program Arduino Mega, yaitu :
1. Arduino Mega aktif melakukan inisialisasi variabel data sensor arus dan sensor tegangan jalur R, S, T.
2. Pembacaaan nilai arus dan nilai tegangan jalur R, S dan T 3. Jika ArusFasa_R2 (arus fasa R terbaca sebelumnya) lebih besar
dari ArusFasa_R (arus fasa R terbaca sekarang) maka Isc_R (arus hubung singkat fasa R) = arus fasa R terbaca sebelumnya x 100 dan perhitungan (jarak gangguan fasa R) jarak_R = (TeganganFasa_R / Isc_R) / 0,22.
5. Setelah itu mengirimkan data gangguan meliputi jarak, Isc dan waktu terjadi gangguan melalui SMS.
6. Ketika arus fasa R terbaca sebelumnya tidak lebih besar dari arus fasa R terbaca sekarang maka arus fasa R terbaca sebelumnya = arus terbaca R terbaca sekarang.
7. Untuk jalur fasa S dan fasa T sama dengan pemrograman fasa R pada poin nomor 3 sampai nomor 6
Start
Menampilkan Isc , Jarak dan indikator fasaR
Arusfasa_S2
Tampil Isc_S, Jarak_S dan indikator fasa_S
Tampil Isc_T, Jarak_T dan indikator fasa_T
Mengirim data melalui SMS
End 2
3.4.2Pemrograman pada App Inventor
Pada pemrograman App Inventor terbagi menjadi 3 Screen yang akan menjadi tampilan Android ketika menerima SMS yang dikirimkan oleh hardware.
1. Tampilan screen 1 pada aplikasi
Tampilan pada screen 1 merupakan tampilan halaman utama ketika aplikasi pertama kali dibuka di tunjakan pada Gambar 3.15. Pada screen 1 ini terdapat tombol access untuk mengakses aplikasi selain itu juga dilengkapi pengaman berupa password untuk bisa mengakses aplikasi ini. Flowchart pemrograman pada screen 1 terlihat pada Gambar 3.16.
Start
Inisialisasi Password=tugasakhir
Input manual
password
Password=tugas akihr
End
Y
T
Error
Open screen 2
Gambar 3.16FlowchartProgram Block pada Screen 1
2. Tampilan screen 2 pada aplikasi
lokasi penyulang Banyu Urip dan tombol Data Log untuk melihat seluruh SMS yang pernah diterima sebelumnya. Flowchart pemrograman Block pada screen 2 terlihat pada Gambar 3.18.
3. Tampilan screen 3 pada aplikasi
Pada tampilan screen 3 merupakan screen yang digunakan untuk mengakses data log dari SMS gangguan yang telah diterima sebelumnya, dengan menekan tombol check data log. Dan yang terakhir tombol reset untuk melakukan reset mirokontroler secara remote melalui Android. Tampilan screen 3 dapat dilihat pada Gambar 3.19 pemrograman block screen 3 ditunjukkan pada Gambar 3.20.
Start
Datalog
Datalog = 1
Savedfile.txt
Reset
Reset = 1
Send SMS text = # Nomer tujuan =
082231006634
Kirim SMS
End
T
Y
T
Y
4
BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISA DATA
Pada bab ini akan membahas mengenai hasil pengujian dan analisa atas penyusunan alat untuk “Prototipe Sistem Pelaporan Gangguan Beserta Posisi Gangguan Pada Jaringan Distribusi“. Data pengujian sangat diperlukan untuk implementasi dalam dunia nyata. Kinerja suatu sistem sangat dipengaruhi oleh kinerja per bagian dari sistem tersebut seperti terlihat pada Gambar 4.1.
Gambar 4.1 Pengujian Sistem
Pengujian merupakan salah satu langkah yang harus dilakukan untuk mengetahui apakah sistem yang telah dibuat sesuai dengan yang direncanakan. Kesesuaian sistem dengan perencanaan dapat dilihat dari hasil-hasil yang dicapai pada pengujian sistem. Pengujian juga bertujuan untuk mengetahui kelebihan dan kekurangan dari sistem yang telah dibuat. Hasil pengujian tersebut akan dianalisa untuk mengetahui penyebab terjadinya kekurangan atau kesalahan dalam sistem.
Pengujian tersebut meliputi : 1. Pengujian Arduino Mega 2560
2. Pengujian LCD (Liquid Crystal Display) 3. Pengujian Real Time Clock (RTC) 4. Pengujian Power Supply
8. Pengujian keseluruhan 4.1 Pengujian Arduino Mega 2560
Pengujian ini dilakukan terhadap board Arduino Mega 2560. Pengujian dilakukan pada pin yang yang digunakan pada sistem alat ini yaitu pin A0 s/d A7, D0 s/d D7, D14 s/d D21 milik Arduino Mega dengan cara mengatur keluarannya pada logika 1 dan 0 dengan mengunggah program ke board Arduino. Gambar 4.2 (a) merupakan program untuk memberikan tegangan pada pin Arduino berlogika 1 atau sebesar 5 Volt sedangkan pada Gambar 4.2 (b) merupakan program untuk memberikan tegangan keluaran pada pin Arduino berlogika 0 atau 0 Volt. Kemudian memeriksa besar keluaran tegangan pada setiap pin dan pada pengujian ini Arduino di supply dengan powerbank seperti
Gambar 4.2 Flowchart Pemrograman Pengujian Tegangan Pin Arduino pada
Dihubungkan salah satu pin
Dihubungkan pada ground
Power Suply
+ 5 Volt DC
Gambar 4.3 SkemaPengujian Pin A/D Arduino Tabel 4.1 Pengujian Pin Arduino Mega
Pin Tegangan pada logika
(1)
Tegangan pada logika (0)
Pin Tegangan pada logika
Dari data pengujian pin Arduino Mega pada Tabel 4.1 menujukkan bahwa tegangan keluaran pada setiap pin Arduino hampir sama dengan tegangan masukan ke Arduino, yaitu tegangan powerbank 5,1 Volt ketika Arduino diberi logika 1. Pada keadaan Arduino diberi logika 0 keluaran pada tiap-tiap pin sama yaitu mengeluarkan tegangan bernilai 0. Hal ini menunjukkan bahwa setiap pin pada Arduino Mega masih bekerja dengan baik.
4.2 Pengujian LCD
Start
Inisialisasi library
dan port LCD
“TES LCD 16x2” BERHASIL
Tampilan layar LCD
End
Gambar 4.4 Flowchart Program Tampilan LCD
Gambar 4.5 HasilTampilan LCD
4.3 Pengujian Real Time Clock (RTC)
Start
Inisialisasi library LCD dan RTC
T= rtc.getTime()
Tampilan waktu dan tanggal pda
LCD
End
Gambar 4.6 Flowchart Program Real Time Clock
Pada Tabel 4.2 ditunjukkan hasil pengujian RTC. Hasil pengujian menunjukkan waktu dan tanggal pada RTC telah sesuai dengan tanggal dan waktu pada PC seperti pada Gambar 4.7 dalam 5 kali pengambilan data per detik dengan selisih rata–rata 0 detik, maka dapat disimpulkan bahwa RTC telah sesuai dan dapat digunakan pada sistem.
Tabel 4.2 Pengujian Real Time Clock
NO. Waktu pada LCD Waktu pada PC Selisih
1 01:01:23 01:01:23 0 detik
2 01:01:24 01:01:24 0 detik
3 01:01:25 01:01:25 0 detik
4 01:01:26 01:01:26 0 detik
5 01:01:27 01:01:27 0 detik
4.4 Pengujian Power Supply
Alat ukur arus (I out)
Dihubungkan
ground
Dihubungkan Vcc + 5 Volt DC
Gambar 4.8 Skema Pengujian Arus Power Supply
Alat ukur tegangan (V out)
Dihubungkan
ground
Dihubungkan Vcc + 5 Volt DC
Gambar 4.9 SkemaPengujian Tegangan Power Supply
Tabel 4.3 Pengujian Power Supply dengan Beban Arduino
Vout Iout
5,1d5 5,1 Volt 0,155 Ampere
4.5 Pengujian Sensor Arus
Pada pengujian sensor arus ini kami melakukan kalibrasi sensor arus untuk mendapatkan tingkat akurasi pembacaan arus sebaik mungkin. Pengujian dilakukan kepada 3 sensor arus yang kami gunakan yang nantinya akan mewakili fasa R, S, T dengan menggunakan variasi lampu sebagai beban. Sensor yang digunakan ada 2 jenis yaitu ACS 712 5 Ampere dan CT 500:5 Ampere. Proses cara pengujian sensor arus akan di lakukan tiap fasa R, S dan T dengan diagram pengujian seperti pada Gambar 4.10.
AC
Lampu
Alat Ukur
Sensor Arus
Arduino
LCD
Gambar 4.10 Diagram Pengujian Sensor Arus pada Salah Satu Fasa
4.5.1Pengujian ACS 712
Gambar 4.11 Linierisasi Sensor ACS 712 Tabel 4.4 Pengujian ACS712 Fasa R, S dan T
Beban
yang sesuai dengan nilai arus pengukuran menggunakan rumus scatter pada Microsoft Excel yang ditunjukkan pada Gambar 4.12 sampai Gambar 4.14
Gambar 4.14 Linierisasi Sensor Arus Fasa T
Setelah didapatkan persamaan linearnya dari masing-masing fasa kemudian dilakukan pengujian dengan menggunakan persamaan yang dimasukkan ke dalam program Arduino. Hasil pengujian dengan persamaan tersebut dilihat dengan mengukur beban dengan daya yang bervariasi seperti pada Gambar 4.15. Perhitungan presentase kesalahan pengukuran sensor arus didapat dari Persamaan 4.1. Untuk hasil pengujian presentase error sensor arus ini secara lengkap tiap fasa R, S dan T dapat dilihat pada Tabel 4.5.
%
Tabel 4.5 Hasil Pengujian Sensor Arus
Dari data Tabel 4.5 yang didapat dari pengujian, dapat dihitung rata-rata error pada sensor arus fasa R sebesar 1,8%, sensor arus fasa S sebesar 1,97%, dan sensor arus fasa T sebesar 1,55%. Perbedaaan dari keluaran sensor tersebut dapat dikarenakan faktor internal maupun faktor eksternal. Faktor internal berasal dari karakteristik tiap komponen yang tidak semuanya memiliki standar yang baik. Faktor eksternal berasal dari tegangan sumber yang masuk tiap-tiap sensor tidak sama dan juga faktor dari kesalahan pembacaan alat ukur.
Gambar 4.15 Hasil Pengujian Sensor Arus Fasa T beban 100 Watt
4.5.2Pengujian CT 500:5 Ampere
Alat ukur 1
CT 500 : 5
220 V
Beban lampu Alat Ukur 2
Gambar 4.16 Diagram Pengujian CT 500:5 A pada Salah Satu Fasa
Gambar 4.17 Pengujian CT 500:5 Ampere
1 : Pr :
Pr :
Pr
Sekunder imer Sekunder
Sekunder Sekunder
imer Sekunder
imer (4.2)
menggunakan Persamaan 4.1. Untuk hasil pengujian CT 500:5 secara lengkap pada tiap fasa R, S dan T dapat dilihat pada Tabel 4.6 sampai Tabel 4.8.
Tabel 4.6 Pengujian CT 500:5 Ampere (fasa R)
CT 500:5 Ampere (fasa R)
Tabel 4.7 Pengujian CT 500:5 Ampere(Fasa S)
Tabel 4.8 Pengujian CT 500:5 Ampere (fasa T) perbandingan sisi primer dan sisi sekunder menggunakan Persamaan 4.2. Nilai error CT fasa R rata-rata sebesar 5,24% , nilai error CT fasa S rata-rata sebesar 21,84% dan nilai error CT fasa T rata-rata sebesar 1,98%. Dari hasil data yang terukur error semakin kecil ketika arus yang melalui sisi primer semakin besar, oleh karena itu ketiga sensor CT pada fasa R, S dan T masih dapat digunakan pada perancangan tugas akhir ini disebabkan arus hubung singkat yang akan dibaca juga bernilai besar.
4.6 Pengujian Sensor Tegangan
AC 220 V
Alat Ukur
Gambar 4.18 Diagram Pengujian Sensor Tegangan pada Salah Satu Fasa Tabel 4.9 Data Linierisasi Sensor Tegangan
Fasa R Fasa S Fasa T
Pada Tabel 4.9 dapat dibuat suatu persamaan karakteristik linierisasi sensor tegangan pada tiap-tiap fasa yang akan digunakan pembacaaan nilai tegangan pada Arduino yang sesuai dengan nilai tegangan pengukuran menggunakan multimeter serta menggunakan rumus scatter pada Microsoft Excel yang ditunjukkan pada Gambar 4.19 sampai Gambar 4.21.
Dari persamaan linier sensor tegangan yang telah didapatkan pada masing-masing fasa kemudian persamaan tersebut dimasukkan ke dalam program untuk pengujian. Hasil pengujian dengan persamaan tersebut dilihat dengan mengatur Variac sehingga tegangan masukan ke Arduino bervariasi. Perhitungan presentase error pengukuran sensor tegangan didapat dari Persamaan 4.1.
Tabel 4.10 Data Pengujian Sensor Tegangan
FASA R FASA S FASA T
Gambar 4.22 HasilPengujian Sensor Tegangan Fasa R
4.7 Pengujian Komunikasi dengan SIM900
Dalam melakukan pengujian komunikasi menggunakan SIM900 kita perlu menggunakan program AT+command. Modem GSM yang akan digunakan untuk pengiriman SMS maka modem GSM menggunakan format teks dengan perintah AT+cmgf=1, mengatur nilai 1 pada AT+cmgf. Perintah AT+cmgs merupakan perintah untuk pengiriman SMSpada modul modemGSM SIM900. AT+cmgs diikuti dengan penulisan nomor yang akan dituju.
Start
Inisialisasi port
serial 1 untuk sim900
Nomer tujuan
Serial1.print(“62822 31006634”)
Serial.print(“AT+CMGF=1\r\n”) Serial1.print(“AT+CMGS=\”)
Serial1.print(“\”\r\n”)
Teks yg akan dikirim
Serial1.print(“Tes kirim SMS\n”)
Serial1.write(0x1A)
End
