1
PERANCANGAN SISTEM CONTROL DAN MONITORING GARDU LISTRIK BERBASIS ARDUINO
Janton Pakpahan1, Rozeff Pramana2, Deny Nusyirwan3 Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik, Universitas Maritim Raja Ali Haji
Email: jantonpakpahan0@gmail.com1, rozeff_p@yahoo.co.id2, denynusyirwan@gmail.com3
ABSTRAK
Gardu merupakan peralatan distribusi tegangan listrik PLN yang berguna untuk menurunkan tegangan tinggi (20 KV) ke tegangan rendah (220 V) agar dapat digunakan oleh masyarakat umum. Tujuan penelitian ini adalah membuat dan merancang perangkat sistem ketidakseimbangan beban arus lebih pada gardu listrik dengan menggunakan Arduino serta memberi informasi arus beban lebih antar fasa pada gardu dengan sistem internet. Metode perancangan perangkat meliputi bagian input yaitu sensor arus, perangkat pengolah data yaitu Arduino, perangkat pengirim data Shield GSM dan perangkat monitoring yaitu LCD, PC dan Smartphone. Sensor memiliki respon yang baik pada saat mendeteksi besaran arus yang terdapat pada gardu listrik. Perangkat sensor arus memiliki tingkat error dengan alat pembanding sekitar 1,04%. Perubahan naik dan turunnya arus listrik di setiap fasa listrik meningkat seiring pemakaian yang terdapat pada rumah pelanggan listrik. Perangkat sensor arus menunjukkan pada fasa R mengalami peningkatan pemakaian arus listrik pada malam hari sekitar jam 18.46 hingga jam 7.46. Perangkat sensor arus pada fasa S menunjukkan pemakaian arus meningkat pada jam 18.46 hingga jam 9.46. Perangkat sensor arus pada fasa T menunjukkan peningkatan pemakaian arus mulai dari jam 18.46 hingga jam 4.46.
Kata Kunci : Monitoring, Sistem Control, Arduino Uno, Shield GSM, Ketidakseimbangan Beban,Gardu.
PENDAHULUAN
Kebutuhan energi listrik ditengah masyarakat Indonesia khususnya di Tanjungpinang Kepri semakin meningkat dari tahun ke tahun, hal ini menyebabkan penyelenggara listrik berupaya mengalirkan energi listrik kerumah warga. Energi listrik merupakan kebutuhan setiap orang untuk menghidupkan peralatan elekronik yang saat ini sudah berkembang.
2
BAHAN DAN METODE 1. Gardu
Gardu distribusi tenaga listrik yang paling dikenal adalah suatu bangunan gardu listrik berisi atau terdiri dari instalasi Perlengkapan Hubung Bagi Tegangan Menengah (PHB-TM), Transformator Distribusi (TD) dan Perlengkapan Hubung Bagi Tegangan Rendah (PHB-TR) untuk memasok kebutuhan tenaga listrik bagi para pelanggan baik dengan Tegangan Menengah (TM 20 kV) maupun Tegangan Rendah (TR 220/380V), yang berfungsi menyalurkan tegangan listrik menengah ke tegangan listrik rendah yang dapat dinikmati oleh masyarakat umum buku PLN (2010).
Gambar 1. Gardu
2. Transformator
Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua (sekunder) yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan. Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah ketika kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah (Julius, 2010).
Gambar 2. Transformator
3. Moulded Case Circuit Breaker ( MCCB )
3
saling menempel. Pengaman magnetic ini menggunakan koil, ketika terjadi gangguan hubung singkat maka koil akan terinduksi dan timbul medan magnet (Pefrianus Bunga, 2015).
Gambar 3. MCCB
4. Mikrokontroller Arduino Uno
Arduino Uno adalah Arduino board yang menggunakan mikrokontroler ATmega328. Arduino Uno memiliki 14 pin digital (6 pin dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, sebuah 16 MHz osilator kristal, sebuah koneksi USB, sebuah konektor sumber tegangan, sebuah header ICSP, dan sebuah tombol reset.
Gambar 4. Arduino Uno
Sumber Daya dan Pin Tegangan Arduino Uno dapat diberi daya melalui koneksi USB (Universal Serial Bus) atau melalui power supply eksternal. Jika Arduino uno dihubungkan ke kedua sumber daya tersebut secara bersamaan maka Arduino uno akan memilih salah satu sumber daya secara otomatis untuk digunakan. Power supplay external (yang bukan melalui USB) (Afrizal Fitriandi, 2016).
5. SIM900 GSM/GPRS shield
Shield GSM ini yang Arduino pergunakan untuk mengirim data secara online kesemua pengguna yang dapat berkomunikasi dengan internet. IComSat merupakan suatu modul yang cocok dengan Arduino, yaitu modul SIM900 quad-band GSM/GPRS. IComSat digunakan untuk pengiriman data yang menggunakan sistem SMS (Short Message Service). Icomsat dikontrol dengan menggunakan ATcommands (Afrizal Fitriandi, 2016).
4 6. LCD (Liquid Crystal Display)
LCD merupakan suatu jenis penampil (display) yang menggunakan Liquid Crystal sebagai media refleksinya. LCD juga sering digunakan dalam perancangan alat yang menggunakan mikrokontroler. LCD dapat berfungsi untuk menampilkan suatu nilai hasil sensor,
menampilkan teks, atau menampilkan menu pada aplikasi mikrokontroler, tergantung dengan perintah yang ditulis pada mikrokontroller (Afrizal Fitriandi, 2016).
Gambar 6. LCD
7. Web
World Wide Web (WWW) merupakan jaringan dokumentasi yang sangat besar yang saling berhubungan satu dan lainnya. Satu set protokol yang mendefinisikan bagaimana sistem bekerja dan mentransfer data, dan sebuah software yang membuatnya bekerja dengan mulus. Web menggunakan teknik hypertext dan multimedia yang membuat internet mudah digunakan dijelajahi dan dikonstribusikan. Web merupakan sistem hypermedia yang berarea luas yang ditujukan untuk akses secara universal (Santosa, 2007).
Perancangan sistem control dan monitoring gardu listrik berbasis Arduino ini dirancang dari tiga bagian utama, yaitu current transformer sebagai perangkat sensor, Arduino sebagai penerima dan perangkat pengolah data, serta Shield GSM dan LCD sebagai perangkat monitor. Berikut ini adalah gambar blok diagram perancangan sistem.
Gambar 7. Blok Diagram Sistem
5
maka sensor arus akan mengirim sinyal analog ke Arduino dan akan diolah melalui komunikasi serial. Setelah dari sensor arus, data akan diteruskan ke Arduino. Arduino merupakan perangkat utama dari pengolahan data yang dikirim oleh sensor arus pada gardu. Data yang dikirim oleh sensor arus ini kemudian diproses oleh Arduino untuk menampilkan hasil dalam bentuk digital melalui LCD, data kemudian dikirim ke shield GSM lalu dikirimkan melalui internet.
Gambar 8. Flow Chart
Tabel 1. Perangkat Tambahan
No Nama Jenis
1 Arduino Uno
2 LCD I2C 16x2
3 Sensor Arus Current Transformer 4 Switch ON/OFF 5 Resistor 10 K 6 Kapasitor 16 V 10µF 7 PCB Sesuai kebutuhan
8 MCCB 100 A
6 HASIL
Fungsi dari CT adalah mengubah besaran arus dari yang besar ke kecil untuk dapat ditampilkan dan dapat diukur. Pengujian sensor yang terdapat pada gardu listrik dilakukan dengan mengambil besaran VDC yang dikeluarkan oleh sensor arus tersebut. Perancangan sensor arus yang dihubungkan ke Arduino melalui pin input VCC (5V), pin GND, pin A0. Setiap VDC yang dikeluarkan oleh CT akan dibaca oleh Arduino dan di konversikan menjadi besaran Amper.
Gambar 9. Pengujian Sensor R
1. Pengujian Sensor Arus S
Fungsi dari CT adalah mengubah besaran arus dari yang besar ke kecil untuk dapat ditampilkan dan dapat diukur. Pengujian sensor yang terdapat pada gardu listrik dilakukan dengan mengambil besaran VDC yang dikeluarkan oleh sensor arus tersebut. Perancangan sensor arus yang dihubungkan ke Arduino melalui pin input VCC (5V), pin GND, pin A1. Setiap VDC yang dikeluarkan oleh CT akan dibaca oleh Arduino dan di konversikan menjadi besaran Amper.
Gambar 10. Pengujian Sensor S
2. Pengujian Sensor Arus T
7
Gambar 11. Pengujian Sensor T
3. Pengujian Arduino
Pada pengujian ini peneliti melakukan pengujian pada port analog adalah sebagai pin input sensor arus melalui pin 0, pin 1, pin 2, kemudian pin 4, pin 5 diprogram menjadi pin output untuk LCD dan Shield GSM. Kemudian pada setiap pin dipasang perangkat pendukung seperti Sensor arus, LCD dan Shield GSM dengan tujuan memastikan semua port berjalan dengan baik, begitu pula tegangan output diukur untuk memastikan tegangan output sesuai dengan data sheet.
Gambar 12. Pengujian Arduino
8 4. Pengujian GSM Module
Arduino GSM Shield adalah perangkat yang terintegrasi langsung dengan Arduino. Perangkat yang terintegrasi dengan Arduino ini harus diuji apakah dapat terkoneksi dengan baik atau tidak. Pengujian Shield GSM module yaitu menguji tes perangkat agar terkoneksi internet dengan sempurna, perangkat akan memonitoring semua kinerja sensor arus dari CT gardu oleh Arduino.
Gambar 13. Pengujian Shield GSM
5. Pengujian pengiriman ke Cloud Thingspeak
Pengujian ke cloud thingspeak merupakan monitor kendali jarak jauh, operator penyelenggara listrik akan melihat dan meninjau segala aktifitas gardu. Pengujian cloud thingspeak ini bertujuan untuk meninjau besaran arus dari setiap masing-masing fasa gardu. Pengiriman cloud thingspeak yang dibantu oleh shield GSM yang mengirimkan data keperangkat monitor, dan kemudian perangkat operator penyelenggara listrik akan meninjau dan memantau gardu secara terus menerus.
Gambar 14. Pengiriman Cloud ke Thingspeak
6. Pengujian aplikasi Android Pocket IoT
9
Gambar 15. Pengiriman android pocket IoT
7. Pengujian Aplikasi Virtuino
Pengujian aplikasi ini bertujuan untuk menguji alarm ketika arus mengalami kelebihan beban. Aplikasi ini juga dapat memberi keterangan alarm ketika sudah melebihi batas yang telah ditentukan, pengiriman perangkat dari Shield GSM ke aplikasi virtuino ini merupakan interface pengguna untuk memonitoring kegiatan perangkat gardu listrik. Perangkat akan membunyikan peringatan dengan keras ketika arus pada fasa gardu sudah melebihi batas yang telah perangkat tentukan. Perangkat ini akan menerima data setiap Shield GSM mengirim data dari gardu listrik.
Gambar 16. Alarm peringatan ketika Arus telah melebihi batas
PEMBAHASAN
10
18.46 hingga jam 9.46. Perangkat sensor arus pada fasa T menunjukkan peningkatan pemakaian arus mulai dari jam 18.46 hingga jam 4.46.
Penampilan data ke LCD merupakan alat bantu untuk menampilkan data dari dalam gardu tersebut. Perancangan ini dilakukan langsung di gardu listrik di Jln. Haji Ungar pada gardu 100 KVA dengan menghubungkan perangkat ke current transformer pada gardu. Pengujian alat ini dilakukan selama 3 hari untuk melihat perubahan besaran arus pada gardu listrik yang akan dimonitor secara online tersebut.
Gambar 17. Perangkat monitoring secara online
KESIMPULAN
1) Perancangan sistem monitoring dan control gardu listrik berbasis Arduino dapat berjalan dengan baik, dengan menggunakan Arduino, sensor arus, dan Shield GSM sebagai pendukung peralatan.
2) Perancangan ini dapat digunakan sebagai pemberi informasi tambahan pada saat beban tiga fasa mengalami ketidakseimbangan beban dengan memberi besaran nilai arus setiap masing–masing fasa yang ada pada gardu yang dapat diakses melalui internet.
3) Sistem monitoring yang selalu memberikan data secara real time sehingga dapat dimonitoring dengan PC atau smarthphone tanpa membuang waktu, biaya, dan tenaga. 4) Sistem monitoring yang digunakan dan mengirim data setiap waktu dengan delay 1 menit
sehingga dapat memberikan penjelasan cukup singkat dan memberi keterangan yang cukup akurat.
11
DAFTAR PUSTAKA
Agustiningsih, Enita Dwi., Rozeff Pramana., 2016. Perancangan Perangkat Monitoring Kualitas Air Pada Kolam Budidaya Berbasis Web Localhost, Universitas Maritim Raja Ali Haji, Tanjungpinang.
Astari, Sutris., Rozeff Pramana., & Deny Nusyirwan., 2013. Kran Wudhu Berbasis Arduino Atmega328, Universitas Maritim Raja Ali Haji, Tanjungpinang.
Badaruddin., 2012. Pengaruh Ketidakseimbangan Beban Terhadap Arus Netral Dan Losses Pada Travo Distribusi Proyek Rusunami Gading Icon, Universitas Mercu Buana, Jakarta.
Bunga, Prefrianus., Pakiding, Martinus., Silimang, Sartje., 2015. Perancangan Sistem Pengendalian Beban dari Jarak Jauh menggunakan Smart Relay, Universitas Samratulangi, Manado.
Fahrurozi., Firdaus., Feranita., 2012. Analisa Ketidak Seimbangan Beban Terhadap Arus Netral dan Losses Pada Transformator Distribusi di Gedung Fakultas Teknik Universitas Riau, Universitas Riau, Pekan Baru.
Fachri, Muhammad Rizal., Sara, Ira Devi., Away, Yuwaldi., 2015. Pemantauan Parameter Panel Surya Berbasis Arduino secara Real Time. Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh.
Fitriandi, Afrizal., Komalasari, Endah., Gusmedi, Herri., 2016. Rancang Bangun Alat Monitoring Arus dan Tegangan Berbasis Mikrokontroler dengan SMS Gateway, Universitas Lampung, Bandar Lampung.
Firmansyah, Riza Agung., Suheta, Titiek., Antoni, Dedi., 2015. Perancangan Alat Monitoring Dan Penyimpanan Data Pada Panel Hubung Tegangan Rendah Di Trafo Gardu Distribusi Berbasis Mikrokontroler, Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya, Surabaya.
Franky., 2008. Pengaruh Ketidakseimbangan Beban Tiga Fasa Terhadap Hasil Pengukuran, Skripsi, Universitas Indonesia.
Hambali, Irfa., 2016. Analisis Pengaruh Harmonisa Terhadap Unjuk Kerja Miniature Circuit Breaker (MCB) 2A dan 4A, Skripsi, Universitas Indonesia.
Haris, Abdul., 2016. Rancang Bangun Alat Monitoring Ketidakseimbangan Beban Pada Jaringan Tegangan Menengah, Universitas Lampung, Lampung.
http://www.mca-indonesia.go.id/assets/uploads/media/pdf/pln-buku-4.pdf (diakses pada jam 08.00, Sabtu, 8 Juli 2017).
Indrakoesoema, Koes., Andryanto, Yayan., Taufiq, M., 2012. Pengaruh Ketidakseimbangan Beban Transformator Kering BHT02 RSG GA SIWABESSY Terhadap Arus Netral Dan Rugi-rugi, Pusat Reaktor Serba Guna GA Siwabessy, Puspiptek, Serpong, Tangerang. Iskandar, Azis., Rozeff Pramana., & Deny Nusyirwan., 2015. Atmega And Zig Bee Pro Based
Mini Boat Control System, Prociding, ICMD, ISBN 978-070-1222-08-2, Universitas Maritim Raja Ali Haji, Tanjungpinang.
Maxtrada, Bico., 2008. Pengaruh Ketidakseimbangan Beban Antara Fasa-fasa Menggunakan Transformator Dengan Fasa-netral Terhadap Hasil Pengukuran, Skripsi, Universitas Indonesia.
Nusa, Temy., Sompie, Sherwin R.U.A., Rumbayan, Meita., 2015. Sistem Monitoring Konsumsi Energi Listrik Secara Real Time Berbasis Mikrokontroler, Universitas Sam Ratulangi, Manado.
12
Pramana, Rozeff., Henky Irawan., 2016. Sistem Kamera Pengamatan Bawah Laut, Prociding, ICMD, ISBN 978-070-1222-08-2, Universitas Maritim Raja Ali Haji, Tanjungpinang. Prima, Berri., Rozeff Pramana., & Deny Nusyirwan., 2013. Perancangan Sistem Keamanan
Rumah Menggunakan Sensor PIR (Passive Infra Red) Berbasis Mikrokontroller, Universitas Maritim Raja Ali Haji, Tanjungpinang.
Putra, A.M., Partha, C.G.I., Budiastra I.N., 2017. Rancang Bangun Penyeimbang Arus Beban Pada Sistem 3 Fasa Menggunakan Mikrokontroller Atmega 2560, Universitas Udayana, Badung Bali.
Santosa, Budi., 2007. Manajemen Bandwidth Internet dan Intranet, Skripsi, Institut Teknologi Sepuluh November.
Simanjuntak, Armanto Pardamean., Rozeff Pramana., 2013. Pengontrolan Suhu Air Pada Kolam Pendederan Dan Pembenihan Ikan Nila Berbasis Arduino, Universitas Maritim Raja Ali Haji, Tanjungpinang.
Setiadji, Julius Sentosa., Machmudsyah, Tabrani., Isnanto, Yanuar., 2008. Pengaruh Ketidakseimbangan Beban Terhadap Arus Netral dan Losses pada Trafo Distribusi, Unversitas Kristen Petra, Surabaya.
