PERANCANGAN ALAT SYSTEM PROTEKSI KETIDAK
SEIMBANGAN BEBAN BERBASIS FUZZY LOGIC
Radi Kurnia*,Ir. Cahayahati, M.T.
1, Ir. Ija Darmana, M.T.
1 1Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri Universitas Bung Hatta
E-mail : [email protected]
ABSTRAK
Pada system tenaga listrik diperlukan kecepatan, ketepatan dan kemampuan pengaman bekerja apabila
terjadi suatu gangguan yang dapat menyebabkan kerusakan pada peralatan sistem tenaga. Fuzzy logic
adalah metode pemecahan masalah dengan beribu-ribu aplikasi dalam pengendali yang tersimpan dan
pemrosesan informasi pada suatu system yang tertanam pada microcontroller. System fuzzy
menyediakan cara sederhana mengambarkan kesimpulan eksak dari informasi yang samar-samar atau
sedikit banyak fuzzy logic menyerupai pembuatan keputusan pada manusia, dengan kemampuannya
bekerja dari data yang ditafsirkan dan mencari solusi yang tepat. Pada system proteksi imbalance
beban atau ketidak seimbangan beban yang dikontrol oleh Fuzzy Logic, jika terjadi gangguan atau
ketidak seimbangan arus pada beban yang lebih besar dari arus yang disetting, maka PMT akan
memutus dengan cepat, pada setting arus 15% waktu yang dibutuhkan PMT untuk memutus dari 0,6
sampai dengan 0,7 detik dan jika pada setting arus 20 % waktu yang dibutuhkan PMT untuk memutus
dari 0,5 sampai dengan 0,8 detik, dan jika setting arus 25% maka PMT memutus dengan waktu 0,5
sampai dengan 0,7 detik.
Key words : Sistem Proteksi Ketidak seimbangan beban, Fuzzy Logic, Mikrokontroller ATMega 16..
1. Pendahuluan 1.1. Latar Belakang
Perkembangan yang pesat pada sistem
tenaga listrik baik dalam ukuran dan
kompleksitasnya membutuhkan sistem proteksi yang handal untuk memoproteksi
peralatan-peralatan listrik terhadap gangguan, yang
menimbulkan arus jauh lebih besar dari arus pengenal peralatan tersebut, sehingga dapat merusak peralatan.
Relay proteksi konvensional terdiri dari relay tipe elektromagnetik dan tipe statik. Kedua tipe ini mempunyai banyak kekurangan dalam melindungi sistem tenaga listrik dan peralatan-peralatan lainnya, karena relay type ini dapat mengalami kerusakan dengan cepat keadaan ini dapat membahayakan sistem tenaga listrik. Penggunaaan relay tipe statik dapat memecahkan beberapa permasalahan pada penggunaan relay tipe elektromagnetik. Namun relay tipe statik juga mempunyai kekurangan diantaranya adalah tidak
fleksibel, tidak mudah diubah untuk sistem yang kondisinya berbeda dan kompleksitas sistem yang berbeda pula. Selain hal tersebut diatas relay tipe
statik peka terhadap suhu yang dapat
menyebabkan perubahan karakteristik relay dan bila terjadi perubahan tegangan secara transient dapat merusak peralatan relay.
Sistem proteksi yang berbasiskan fuzzy logic mempunyai beberapa keunggulan dari relay tipe konvensional. Diantara keunggulan relay proteksi digital ini adalah respon yang cepat
terhadap gangguan, keakuratan terhadap
perhitungan, fleksibel serta dapat berkoordinasi dengan baik. Pada saat ini penggunaan sistem digital sebagai relay menggunakan sistem digital yang kompleks.
Disini dilakukan perancangan sistem
proteksi ketidak seimbangan beban berbasis fuzzy logic dimana perancangan ini dilengkapi dengan penampilan waktu trip terhadap tingkat tingginya arus gangguan untuk memproteksi gangguan pada
2
sistem dengan tegangan 220 volt dalam bentuk prototype.
1.2. Tujuan
Untuk memudahkan kerja dari sistem proteksi ketidak seimbangan beban terhadap tingkat arus gangguan yang disebabkan oleh perbedaan arus antar fasa, pengamanan dilakukan dengan membandingkan arus gangguan dengan lamanya waktu trip, yang diamankan oleh Fuzzy Logic. Serta dapat menentukan seberapa cepat waktu yang dibutuhkan untuk trip dan seberapa besar gangguan tersebut.
1.3. Batasan Masalah
Untuk mencapai tujuan diatas dalam penelitian ini dilakukan pembatasan masalah dengan ruang lingkup sebagai berikut :
- Perancangan alat sistem proteksi
ketidakseimbangan beban berbasis fuzzy logic digunakan untuk membandingkan perbedaan arus antar fasa.
- Perancangan alat sistem proteksi ketidak seimbangan beban berbasis fuzzy logic digunakan pada tegangan 220 Volt dalam bentuk prototype.
- Penampilan waktu trip terhadap
perbedaan arus antar fasa pada sistem proteksi sederhana.
- Pada Perancangan alat sistem proteksi ketidak seimbangan beban berbasis fuzzy logic dengan settingan arus minimal 15 % dan settingan waktu maksimal 10 detik.
2. Tinjauan Pustaka
pada penelitian ini penulis mencari acuan
materi buku dan pada riset-riset sebelumnya, seperti yang tercantum dibawah ini :
Eko Parjono Jurusan Teknik Elektro
Universitas Diponegoro (2009),
Pembuatan modul pratikum Relay
Differensial tipe Longitudinnal untuk
transformator tiga phasa berbasis
Mikrokontroler AVR ATMega8535.
Didalam jurnalnya menjelaskan tentang kondisi normal relay dapat digunakan sebagai media untuk pembacaan arus secara realtime masing-masing fasadari transformator tigafasa, sedangkan pada saat gangguan relay akan mentribkan
kontaktor serta menampilkan waktu
operasi relay yang dikendalikan oleh suatu mikrokontroler
Wira Tua Saragi (2008), Didalam Jurnal
menjelaskan tentang Study pengaruh beban tidak seimbang terhadap Relay Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai). Yang menyajikan tentang sebab-sebab terjadinya ketidak seimbangan beban terhadap Relay Gangguan Tanah di aplikasikan pada Gardu Induk Binjai.
Budi Santoso (2007), Didalam Jurnalnya
menjelaskan tentang Simulasi Differensial
Relay Trafo Dengan Menggunakan
MATLAB Simulink. Yang menyajikan Pemodelan Relay Differensial dengan
menggunakan Matlab Simulink
memberikan hasil yang baik. Dengan menggunakan Matlab simulink dapat
dilihat stabilitas proteksi Relay
Differensial tersebut.
Dani Brami Purwosetyo, Margo
Pujiantara, Heri Suryoatmojo Jurusan Teknik Elektro. Universitas Surabaya. Dalam jurnalnya menjelaskan tentang koordinasi proteksi rele arus lebih dengan metode fuzzy logic menggunakan plant
3
menyajikan analisis terhadap koordinasi rele pengaman dengan menggunakan plant PT. KPI dengan cara konvensional dibandingkan dengan cara fuzzy logic. Pada tinjauan pustaka diatas, banyak terdapat perbedaan antara penelitian sebelumnya dengan penelitian yang sekarang, didalam penelitian ini saya membahas tentang pengaman terhadap gangguan ketidak seimbangan arus yang terdapat pada fasa R, S, T dengan berbasis Fuzzy
Logic, dan menggunakan Mikrokontroller
ATMega 16 sebagai memori. Jika terjadi ketidak seimbangan arus atau terjadi gangguan, maka relay akan bekerja untuk mengamankannya dan dapat melihat seberapa besar arus gangguan
tersebut. Sedangkan penelitian sebelumnya,
peneliti tersebut membahas tentang : “pembuatan
modul pratikum Relay Differensial Type
Longitudinal untuk transformator tiga phasa berbasis Mikrokontroller AVR ATMega 8535”, yang dibahas oleh Eko Parjoko pada tahun 2009 dari Universitas Diponegoro. “ Study pengaruh beban tidak seimbang terhadap Relay Gangguan Tanah”, yang dibahas oleh Wira Tua Saragi pada tahun 2008 dari Universitas Sumatera Utara, dan “ Simulasi Differensial Relay Trafo dengan Menggunakan MATLAB Simulink”, yang dibahas oleh Budi Santoso dari PT. PLN (Persero) P3BS UPT Banda Aceh
3. Metodologi Penelitian Ini Meliputi :
Metodologi penelitian ini meliputi :
1. Identifikasi masalah gangguan untuk perancangan sistem proteksi ketidak seimbangan beban dengan menggunakan
logika fuzzy. 2. Perancangan Hardware meliputi
- Rangkaian Current Transformator
(CT)
- Rangkaian penguat (Op-Amp)
- Modul mikrocontroller
- Serta perancangan konstruksi dan
rangkaian pendukung lainnya 3. Perancangan software meliputi :
- Perancangan alat sistem proteksi
ketidak seimbangan beban berbasis fuzzy logic
4. Penelitian alat
Sebelum dilakukan pengujian alat, maka terlebih dahulu kita lakukan penelitian alat, agar alat tersebut berfungsi atau bekerja dengan apa yang kita harapkan. 5. Pengujian alat
Dalam tahap ini alat akan diuji apakah sesuai dengan kriteria atau settingan yang telah ditentukan.
6. Pengambilan Data
Setelah dilakukan pengujian alat, maka dari hasil pengujian tersebut akan didapatkan data yang mana data-data tersebut dapat dijadikan acuan dari setingan awal pada pengujian alat. 7. Analisa
Analisa dilakukan untuk membuktikan kebenaran dari data yang didapat pada hasil pengujian perancangan system proteksi ketidak seimbangan beban berbasis logika fuzzy dengan rumus yang digunakan apakah nilai dari hasil pengujian sama atau tidaknya dengan rumus.
8. Penulisan laporan
Penulisan laporan berdasarkan pada hasil pengujian sistem yang telah dilakukan pada perancangan alat yang dibuat.
4
4. Hasil Pengujian dan Analisa
Cara pengujian kerja system proteksi ketidak seimbangan beban berbasis fuzzy logic terdiri dari beberapa bagian yaitu :
1. Pada awal system proteksi ketidak seimbangan beban berbasis fuzzy logic dihidupkan, system akan menampilkan pada LCD menu settingan arus yang
digunakan, waktu jeda serta
menampilkan trip yang terjadi pada PMT. Dapat kita lihat pada gambar IV.11 dibawah ini.
Gambar 4.11.Tampilan LCD Pada
Saat Awal Dihidupkan
2. Sebelum mengatifkan atau menjalankan system proteksi ini, maka
langkah selanjutnya setting arus
terlebih dahulu secara manual, yang dapat dilihat pada gambar IV.12 dibawah ini.
Gambar IV.12. Settingan arus secara manual
pada system proteksi ketidak seimbangan beban berbasis fuzzy logic
3. Setelah menyeting arus, langkah selanjutnya menyeting waktu jeda atau waktu yang dibutuhkan untuk trip. Dapat dilihat pada gambar IV.13. Dibawah ini.
Gambar IV.13. Settingan waktu jeda secara
manual pada system proteksi ketidak seimbangan beban berbasis fuzzy logic
Apabila ingin mengatur atau mensetting arus dan waktu, pada system proteksi ini dilakukan sacara manual, kita dapat menekan tombol Menu terlebih dahulu, kemudian tombol UP dan setting arus minimal dengan menggunakan tombol Down, dan selanjutnya tekan tombol oke, maka secara otomatis system proteksi ini langsung bekerja menyesuaikan settingan arus yang sudah kita atur pada phasa R, S, dan T.
Pengujian yang akan dilakukan pada system proteksi ketidak seimbangan beban berbasis fuzzy logic adalah pengujian gangguan yang disebabkan oleh ketidak seimbangan beban atau arus yang terpasang pada system 3 fhasa. Pada setiap pengujian akan dibandingkan lama PMT akan trip apabila terjadi gangguan.
Pada gambar IV.14 dapat dilihat rangkaian pengujian dari system proteksi ketidak seimbangan beban berbasis fuzzy logic.
5
Gambar IV.14. Rangkaian Pengujian KetidakSeimbangan Beban Berbasis Fuzzy Logic
Berikut ini adalah gambar pengujian relay gangguan tanah dengan menggunakan fuzzy logic protection pada system 3 phasa, dapat dilihat pada gambar IV.15
Gambar IV.15. Rangkaian Pengujian Ketidak
Seimbangan Beban Menggunakan beban lampu pada system 3 phasa
Pengujian ketidak seimbangan beban
berbasis fuzzy logic pada gambar IV.14 dan gambar IV.15 beban yang digunakan pengujian tersebut adalah beban lampu.
4.1. Hasil Pengujian Sistem Proteksi Ketidak Seimbangan Beban Berbasis Fuzzy Logic
Hasil dari pengujian ketidak seimbangan beban berbasis fuzzy logic ini nantinya dapat dilihat pada tabel IV.11 sampai dengan IV.13
Tabel IV.11. Hasil Pengujian Ketidak
Seimbangan Beban Berbasis Fuzzy Logic Pada Sistem 3 Phasa Dengan Setting Arus 15 % dan
waktu 10 detik.
Tabel IV.12. Hasil Pengujian Ketidak Seimbangan
Beban Berbasis Fuzzy Logic Pada Sistem 3 Phasa Dengan Setting Arus 20 % dan waktu 10 detik.
No
Setting Beban Lampu (Watt) Kerja Rele
Keterangan Arus Waktu (Detik) Phasa R Phasa S Phasa T Detik Arus R S T 1. 20% 10 100 100 100 - 0,3 0,3 0,3 Relay Tidak Trip 2. 20% 10 100 200 200 0,8 0,3 0,9 1,0 Relay Trip 3. 20% 10 200 100 200 0,7 0,8 0,3 0,7 Relay Trip 4. 20% 10 400 400 100 0,5 1,4 1,7 0,3 Relay Trip 5. 20% 10 215 215 215 - 1,2 1,2 1,2 Relay Tidak Trip 6. 20% 10 515 215 215 0,8 1,4 1,2 1,2 Relay Trip 7. 20% 10 515 515 515 - 2,6 2,6 2,6 Relay Tidak Trip 8. 20% 10 300 300 300 - 1,6 1,6 1,6 Relay Tidak Trip 9. 20% 10 300 500 300 0,6 1,4 2,1 1,4 Relay Trip 10. 20% 10 300 300 100 0,6 1,4 1,4 0,3 Relay Trip No
Setting Beban Lampu (Watt) Kerja Rele
Keterangan Arus Waktu (Detik) Phasa R Phasa S Phasa T Detik Arus R S T 1. 15% 10 100 100 200 - 0,3 0,3 0,3 Relay Tidak Trip 2. 15% 10 100 200 200 0,6 0,8 0,8 0,3 Relay Trip 3. 15% 10 200 100 200 0,6 0,9 0,3 0,7 Relay Trip 4. 15% 10 400 400 100 0,6 0,3 1,8 1,8 Relay trip 5. 15% 10 215 215 215 - 1,2 1,2 1,2 Relay Tidak Trip 6. 15% 10 515 215 215 0,6 1,0 0,8 2,2 Relay Trip 7. 15% 10 515 515 515 - 2,6 2,6 2,6 Relay Tidak Trip 8. 15% 10 300 300 300 - 1,6 1,6 1,6 Relay Tidak Trip 9. 15% 10 300 500 300 0,7 1,3 2,2 1,4 Relay Trip 10. 15% 10 300 300 100 0,6 1,2 1,2 0,3 Relay Trip BEBAN LAMPU RS T N R S T N R S T N R S T N Potensial Transformer Sistem Proteksi Ambalan Beban Berbasis Fuzzy Logic
6
Tabel IV.13. Hasil Pengujian Ketidak SeimbanganBeban Berbasis Fuzzy Logic Pada Sistem 3 Phasa Dengan Setting Arus 25 % dan waktu 10 detik.
Pada tabel IV.11 sampai dengan tabel IV.13 dapat dilihat bagaimana prinsip kerja system fuzzy yang mana fuzzy disini berkerja dengan cara membandingkan setiap perbedaan beban yang terpasang pada fasa dengan settingan waktu. Pada system ketidak seimbangan beban berbasis fuzzy logic, apabila relay merasakan adanya perbedaan arus pada system melebihi persen arus yang telah disetting maka relay akan memerintahkan PMT untuk trip sesuai dengan perbedaan arus yang terjadi pada fasa R, S, T, semakin besar perbedaan arus terjadi pada system yang terganggu, maka waktu PMT untuk trip dari system yang terganggu akan semakin cepat, dan apabila fasa R, S, T seimbang maka system dalam kondisi normal.
5. Kesimpulan
Dari hasil perancangan alat Sistem Proteksi Ketidak Seimbangan Beban Berbasis Fuzzy Logic ini, maka dapat diambil beberapa kesimpulan diantaranya adalah sebagai berikut :
1. Suatu beban tiga fasa seimbang arus yang
dihasilkan seimbang, bilamana beban
tersebut dihubungkan dengan tegangan yang seimbang, beban yang tek seimbang dapat ditandai dengan tidak seimbangan arus yang
mengalir pada system, kondisi ini
dipengaruhi oleh tegangan yang
dibangkitkan system tidak seimbang,
impedansi fasanya sama dan impedansi beban tidak seimbang
2. Prinsip kerja dari system proteksi ambalan beban yaitu jika terjadi gangguan yang disebabkan oleh ketidak seimbangan beban, maka gangguan tersebut mempunyai nilai tertentu mulai dari yang kecil sampai yang besar, dan gangguan tersebut akan diproteksi
atau diamankan oleh relay sebagai
pengaman.
3. Fuzzy Logic adalah metodologi pemecahan masalah dengan beribu–ribu aplikasi dalam pengendali yang tersimpan dan pemrosesan informasi. Cocok untuk diimplementasikan pada sistem yang sederhana, kecil, tertanam pada mikrocontroller, PC multi-channel atau workstation berbasis akuisisi data dan control sistem.
4. Pada dasarnya Sistem Proteksi Ketidak Seimbangan Beban Berbasis Fuzzy Logic ini
adalah untuk memproteksikan atau
mengamankan sistem dari gangguan yang disebabkan adanya perbedaan arus antar fhasa yang mana gangguan itu akan mengatifkan atau menjalankan relay untuk mengamankankan gangguan tersebut serta menentukan lamanya waktu trip yang dibutuhkan oleh PMT pada gangguan system yang terjadi
No
Setting Beban Lampu (Watt) Kerja Rele Keterangan
Arus Waktu (Detik) Phasa R Phasa S Phasa T Dtk Arus R S T 1. 25% 10 100 100 100 - 0,3 0,3 0,3 Relay Tidak Trip 2. 25% 10 100 200 200 0,5 0,3 0,8 0,8 Relay Trip 3. 25% 10 200 100 200 0,5 0,8 0,3 0,8 Relay Trip 4. 25% 10 400 400 100 0,7 1,8 1,7 0,3 Relay Trip 5. 25% 10 215 215 215 - 1,2 1,2 1,2 Relay Tidak Trip 6. 25% 10 515 215 215 0,7 1,4 1,3 2,5 Relay Trip 7. 25% 10 515 515 515 - 2,6 2,6 2,6 Relay Tidak Trip 8. 25% 10 300 300 300 - 1,6 1,6 1,6 Relay Trip 9. 25% 10 300 500 300 0,7 1,3 2,3 1,4 Relay Trip 10. 25% 10 300 300 100 0,5 1,4 1,4 0,3 Relay Trip
7
6. Daftar Pustaka1. Parjono Eko. Pembuatan modul
pratikum Relay Differensial tipe Longitudinnal untuk transformator tiga phasa berbasis Mikrokontroler AVR ATMega8535, Jurusan Teknik Elektro
Universitas Diponegoro. 2009
2. Saragi Tua Wira, Studi Pengaruh Beban Tidak Seimbang Terhadap Relay Gangguan Tanah, Aplikasi Gardu Induk Binjai. Departemen Teknik Elektro. Universitas Sumatera Utara, Medan. 2008.
3. Siagian Magdalena Maria Nova.
Analisis Ketidak Seimbangan Beban Terhadap Kerja Relay Gangguan Tanah Di Gardu Induk. Aplikasi Pada PT. PLN (PERSERO) Gardu Induk Titi Kuning. Medan, Departemen Teknik Elektro. Universitas Sumatera Utara, 2009
4. Suryoatmojo Heri, Pujiantara Margo, Purwosetyo Brami Dani, Koordinasi Proteksi Relay Arus Lebih Dengan
Menggunakan Fuzzy Logic
Menggunakan PLANT PT. KPI (Kaltim Parna Industry). Jurusan Teknik Elektro FTI- Institut Teknologi Surabaya.
