MONITORING KUALITAS DAYA OUTPUT TRAFO DISTRIBUSI BERBASIS MIKROKONTROLER VIA WIFI

  TUGAS AKHIR – TE 145561

MONITORING KUALITAS DAYA OUTPUT TRAFO DISTRIBUSI

BERBASIS MIKROKONTROLER VIA WIFI

  Dika Mahendra A NRP 2213038005 Ikhlasul Amal NRP 2213038023 Dosen Pembimbing Ir. Josaphat Pramudijanto, M. Eng.

  PROGRAM STUDI D3 TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri

  HALAMAN JUDUL FINAL PROJECT

• – TE 145561

  

ELECTRICAL POWER QUALITY MONITORING ON

SECONDARY SIDE OF DISTRIBUTION TRANSFORMER USING

MICROCONTROLLER AND WIFI NETWORK

  Dika Mahendra A NRP 2213038005 Ikhlasul Amal NRP 2213038023

  Supervisor Ir. Josaphat Pramudijanto, M. Eng. ELECTRICAL ENGINEERING D3 STUDY PROGRAM Faculty of Industrial Technology

  _{PERNYATAAN KEASLIAN}

PERNYATAAN KEASLIAN

TUGAS AKHIR

  Dengan ini saya menyatakan bahwa isi sebagian maupun keseluruhan Tugas Akhir saya dengan judul “Monitoring Kualitas

  

Daya Output Trafo Distribusi Berbasis Mikrokontroler Via Wifi

  ” 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 Ikhlasul Amal Dika Mahendra A NRP 2213038023 NRP 2213038005

• Halaman ini sengaja dikosongkan-----

  

MONITORING KUALITAS DAYA OUTPUT TRAFO

DISTRIBUSI BERBASIS MIKROKONTROLER VIA WIFI

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

  Menyetujui: Dosen Pembimbing Ir. Josaphat Pramudijanto, M. Eng.

  NIP. 19621005 199003 1 003

  

SURABAYA

JUNI, 2016

• Halaman ini sengaja dikosongkan-----

  

MONITORING KUALITAS DAYA OUTPUT TRAFO

DISTRIBUSI BERBASIS MIKROKONTROLER VIA WIFI

Nama Mahasiswa I : Dika Mahendra A NRP : 2213 038 005 Nama Mahasiswa II : Ikhlasul Amal NRP : 2213 038 023 Pembimbing : Ir. Josaphat Pramudijanto, M. Eng. NIP : 19621005 199003 1 003

  

ABSTRAK

  Penyaluran tenaga listrik di jaringan distribusi tepatnya pada sisi sekunder trafo yang disalurkan ke pelanggan perlu dijaga kualitas dayanya. Caranya dengan melakukan monitoring daya output pada trafo distribusi setiap saat. Tetapi, monitoring dengan cara turun ke lapangan tidaklah praktis. Jika terjadi penurunan kualitas daya, akan lambat untuk ditangani oleh PLN. Akibatnya, para pelanggan yang loyal terhadap PLN yang dengan rutin membayar tiap bulan tanpa telat dapat protes terhadap pihak PLN. Hal ini dapat mengakibatkan penurunan kredibilitas dan keuntungan perusahaan.

  Berdasarkan kondisi tersebut, maka dirancang sebuah sistem monitoring kualitas daya output pada sisi sekunder trafo distribusi. Data dari mikrokontroler yang terhubung dengan sensor, seperti sensor arus, sensor tegangan dan rangkaian zero crossing detector untuk mengukur

  

power factor. Data dari mikrokontroler tersebut dikirimkan ke komputer

server dengan memanfaatkan jaringan wifi.

  Dari tugas akhir yang dibuat, alat tersebut mampu melakukan monitoring tegangan, arus, frekuensi, dan power factor, serta mampu mendeteksi gangguan sag/ swell dan undervolt/ overvolt. Tetapi, karena keterbatasan alat, tegangan sag yang dapat dideteksi mulai 22-198 Volt dan tegangan swell yang mampu dideteksi mulai 242-250 Volt. Selain itu, butuh waktu minimal 1 detik untuk mendeteksi gangguan sag/ swell.

  Kata Kunci : Monitoring, Arus, Tegangan, Frekuensi, Power factor, Wifi

• Halaman ini sengaja dikosongkan-----

  

ELECTRICAL POWER QUALITY MONITORING ON

SECONDARY SIDE OF DISTRIBUTION TRANSFORMER USING

MICROCONTROLLER AND WIFI NETWORK

Name of Student I : Dika Mahendra A Registration Number : 2213 038 005 Name of Student II : Ikhlasul Amal Registration Number : 2213 038 023 Supervisor : Ir. Josaphat Pramudijanto, M. Eng.

  ID : 1962 10 05 1990 1 003

ABSTRACT

  Electrical energy distribution in distribution network on secondary

side of transformer is need to keep the power quality in a good way. The

method is to monitor the power output of secondary side of distribution

transformer every time. But, only do monitoring by check the

transformer from it place isn’t practical. If power quality goes down,

electrical company need more time to handle it. And the result is,

customers who loyal to electrical company by pay the bill every month

without any late can do protest. This can lead to credibility degradation

and company profit.

  Based on that condition, planned a monitoring system for

electrical power quality output on secondary side of distribution

transformer. Data from microcontroller which connect to sensors, like

current sensors, voltage sensor and zero crossing detector to measure

power factor. Data from microcontroller is sent to server using wifi

network.

  The final project that have been made, it can monitor voltage,

current, frequency, and power factor. And it also can detect voltage sag/

swell and undervolt/ overvolt. But, because of limitiations it only can

detect voltage sag from 22–198 Volts and voltage swell from 242-250

Volts. And also, it need 1 second as a minimum time to detect voltage

sag/ swell.

  Keywords : Monitoring, Current, Voltage, Frequency, Power factor,

• Halaman ini sengaja dikosongkan-----

KATA PENGANTAR

  Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan yang selalu memberikan penyertaan-Nya sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik.

  Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan guna menyelesaikan pendidikan Diploma-3 pada Bidang Studi Teknik Listrik, Program Studi D3 Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya dengan judul:

  

MONITORING KUALITAS DAYA OUTPUT TRAFO

WIFI DISTRIBUSI BERBASIS MIKROKONTROLER VIA

  Dalam Tugas Akhir ini dirancang sebuah prototype yang dapat memonitoring kualitas daya output trafo distribusi secara jarak jauh. Penulis mengucapkan syukur dan terima kasih kepada Tuhan Yang

  Maha Esa, karena berkat rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Terima kasih kepada kedua orang tua yang telah melimpahkan doa, kasih sayang dan perhatiannya kepada penulis.

  Terima kasih juga kepada Bapak Ir. Josaphat Pramudijanto, M.Eng. selaku dosen pembimbing atas berkat bimbingan dan arahannya sehingga penulis dapat menyelelesaikan Tugas Akhir ini. 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 Penulis

• Halaman ini sengaja dikosongkan-----

  DAFTAR ISI

  2.3 Tegangan dan Arus AC ............... Error! Bookmark not defined.

  2.12 Zero Crossing Detector ............... Error! Bookmark not defined.

  2.11 Sensor Arus ................................. Error! Bookmark not defined.

  2.10 Sensor Tegangan ......................... Error! Bookmark not defined.

  2.9.1 Arsitektur Mikrokontroler AVR ATMega 16Error! Bookmark not define 2.9.2 Deskripsi Pin ATMega 16 Error! Bookmark not defined.

  2.9 Mikrokontroler AVR ATMega 16Error! Bookmark not defined.

  2.8 Sag and Swell .............................. Error! Bookmark not defined.

  2.7 UnderVoltage .............................. Error! Bookmark not defined.

  2.6 OverVoltage ................................ Error! Bookmark not defined.

  2.5 Daya dan Faktor Daya ................. Error! Bookmark not defined.

  2.4 Frekuensi ..................................... Error! Bookmark not defined.

  2.2 Permasalahan Kualitas Daya ListrikError! Bookmark not defined.

  HALAMAN

  2.1 Kualitas Daya Listrik .................. Error! Bookmark not defined.

  BAB II TEORI DASAR ........................ Error! Bookmark not defined.

  1.6 Relevansi ..................................... Error! Bookmark not defined.

  1.5 Sistematika Laporan .................... Error! Bookmark not defined.

  1.4 Tujuan ......................................... Error! Bookmark not defined.

  1.3 Batasan Masalah.......................... Error! Bookmark not defined.

  1.2 Permasalahan .............................. Error! Bookmark not defined.

  1.1 Latar Belakang ............................ Error! Bookmark not defined.

   BAB I PENDAHULUAN ...................... Error! Bookmark not defined.

  

  2.13 Komunikasi Serial RS-232 .......... Error! Bookmark not defined.

  BAB III PERANCANGAN ALAT ....... Error! Bookmark not defined.

  4.1 Pengujian Rangkaian Sensor TeganganError! Bookmark not defined.

  

  

  4.9 Analisa Relevansi ........................ Error! Bookmark not defined.

  4.8.3 Pengujian Dalam Kondisi Tegangan Diatas NormalError! Bookmark not def 4.8.4 Pengujian Penyimpanan Data ke DatabaseError! Bookmark not defined.

  4.8.2 Pengujian Dalam Kondisi Tegangan Dibawah NormalError! Bookmark not

  4.8.1 Pengujian Dalam Kondisi NormalError! Bookmark not defined.

  4.8 Pengujian Alat Secara KeseluruhanError! Bookmark not defined.

  4.7 Pengujian Software Delphi7 ........ Error! Bookmark not defined.

  4.6 Pengujian Wireless Router ........... Error! Bookmark not defined.

  4.5 Pengujian Sensor Frekuensi ......... Error! Bookmark not defined.

  4.4 Pengujian Sensor Power Factor .. Error! Bookmark not defined.

  4.3 Pengujian Rangkaian Zero Crossing DetectorError! Bookmark not defined.

  4.2 Pengujian Rangkaian Sensor ArusError! Bookmark not defined.

  BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA DATAError! Bookmark not defined.

  3.1 Perancangan Sistem Secara KeseluruhanError! Bookmark not defined.

  3.4.3 Setting Wireless Router Movistar ASL 26555Error! Bookmark not defined.

  3.4.2 Setting Wiznet Wiz 110SRError! Bookmark not defined.

  3.4.1 Rangkaian Komunikasi Serial RS-232Error! Bookmark not defined.

  3.4 Perancangan Komunikasi............. Error! Bookmark not defined.

  3.3.2 Pemrograman pada Tampilan HMI Delphi7Error! Bookmark not defined.

  3.3.1 Pemrograman pada CodeVision AVRError! Bookmark not defined.

  3.3 Perancangan Software .................. Error! Bookmark not defined.

  3.2.7 Rangkaian RTC (Real Time Clock)Error! Bookmark not defined.

  3.2.6 Rangkaian Tampilan LCD Error! Bookmark not defined.

  3.2.4 Rangkaian Pengkondisi Sinyal Sensor TeganganError! Bookmark not define 3.2.5 Rangkaian Zero Crossing DetectorError! Bookmark not defined.

  3.2.3 Rangkaian Pengkondisi Sinyal Sensor ArusError! Bookmark not defined.

  3.2.2 Rangkaian Power Supply . Error! Bookmark not defined.

  3.2.1 Rangkaian Minimum System Mikrokontroler ATMega16 ....................... Error! Bookmark not defined.

  3.2 Perancangan Hardware ................ Error! Bookmark not defined.

  

  LAMPIRAN A ................................................................................... A-1

  

Listing Program CodeVision pada Mikrokontroler 1....................... A-1

Listing Program CodeVision pada Mikrokontroler 2....................... A-8

Listing Program CodeVision pada Mikrokontroler 3..................... A-16

Listing Program CodeVision pada Mikrokontroler 4..................... A-24

Listing Program Delphi7 pada HMI (Human Machine Interface). A-35

  LAMPIRAN B ................................................................................... B-1

  

Datasheet Mikrokontroler ATMega 16 .......................................... B-1

Datasheet IC Op-Amp LM 741 .................................................... B-11

Datasheet Sensor Arus (CT) ........................................................ B-19

Datasheet IC RTC (Real Time Clock) DS1307 ............................ B-21

  LAMPIRAN C ................................................................................... C-1 Rangkaian Power Supply ................................................................ C-1 Sensor Tegangan ............................................................................ C-1 Rangkaian Pengondisi Sensor Tegangan ......................................... C-2 Sensor Arus ..................................................................................... C-2 Rangkaian Pengondisi Sensor Arus ................................................. C-3 Rangkaian Zero Crossing Detector ................................................. C-3 Pengujian pada Tegangan 3 Fasa .................................................... C-4

  

Box Panel RTU ................................................................................ C-4

  LAMPIRAN D ................................................................................... D-1 Riwayat Hidup Penulis ................................................................... D-1

• Halaman ini sengaja dikosongkan-----

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 3.5 Skema Rangkaian Mikrokontroler 4Error! Bookmark not defined.Gambar 3.20 Tampilan Tab Network yang Telah Diatur NilainyaError! Bookmark noGambar 3.19 Rangkaian Komunikasi Serial RS-232Error! Bookmark not defined.Gambar 3.18 Flowchart HMI ............... Error! Bookmark not defined.Gambar 3.17 Tampilan HMI ................ Error! Bookmark not defined.Gambar 3.16 Flowchart Mikrokontroler 4Error! Bookmark not defined.Gambar 3.15 Flowchart Mikrokontroler 3Error! Bookmark not defined.Gambar 3.14 Flowchart Mikrokontroler 2Error! Bookmark not defined.Gambar 3.13 Flowchart Mikrokontroler 1Error! Bookmark not defined.Gambar 3.12 Rangkaian RTC (Real Time Clock)Error! Bookmark not defined.Gambar 3.10 Sinyal Output Rangkaian Zero Crossing DetectorError! Bookmark not Gambar 3.11 Rangkaian Tampilan LCDError! Bookmark not defined.Gambar 3.8 Rangkaian Pengkondisi Sinyal Sensor TeganganError! Bookmark not def Gambar 3.9 Rangkaian Zero Crossing DetectorError! Bookmark not defined.Gambar 3.7 Rangkaian Pengkondisi Sinyal Sensor ArusError! Bookmark not defineGambar 3.6 Rangkaian Power Supply Error! Bookmark not defined.Gambar 3.4 Skema Rangkaian Mikrokontroler 3Error! Bookmark not defined.

  HALAMAN Gambar 2.1 Segitiga Daya .................. Error! Bookmark not defined.

Gambar 3.3 Skema Rangkaian Mikrokontroler 2Error! Bookmark not defined.Gambar 3.2 Skema Rangkaian Mikrokontroler 1Error! Bookmark not defined.Gambar 3.1 Skema Fungsional Alat ... Error! Bookmark not defined.Gambar 2.11 Router Movistar ASL 26555Error! Bookmark not defined.Gambar 2.10 Wiznet WIZ110SR ......... Error! Bookmark not defined.Gambar 2.9 Tampilan pada Sofware Delphi7Error! Bookmark not defined.Gambar 2.8 Konektor DB-9 ............... Error! Bookmark not defined.Gambar 2.7 Sensor Arus ..................... Error! Bookmark not defined.Gambar 2.6 Rangkaian Pembagi TeganganError! Bookmark not defined.Gambar 2.5 Konfigurasi pin ATMega 16Error! Bookmark not defined.Gambar 2.4 Arsitektur AVR ATMega16Error! Bookmark not defined.Gambar 2.3 Voltage Swell .................. Error! Bookmark not defined.Gambar 2.2 Voltage Sag ..................... Error! Bookmark not defined.Gambar 3.21 Tampilan Tab Serial yang Telah Diatur NilainyaError! Bookmark not defGambar 4.3 Diagram Pengujian Sensor ArusError! Bookmark not defined.Gambar 4.15 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Tegangan Fasa R di Bawah Normal Kurang dari 60 DetikError! Bookmark not defined.Gambar 4.24 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Tegangan Fasa S di Atas Normal Kurang dari 60 DetikError! Bookmark not defined.Gambar 4.23 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Tegangan Fasa R di Atas Normal Kurang dari 60 DetikError! Bookmark not defined.Gambar 4.22 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Tegangan Fasa R, S, T di Atas Normal Kurang dari 60 DetikError! Bookmark not defined.Gambar 4.21 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Tegangan Fasa T di Bawah Normal Lebih dari 60 DetikError! Bookmark not defined.Gambar 4.20 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Tegangan Fasa S di Bawah Normal Lebih dari 60 DetikError! Bookmark not defined.Gambar 4.19 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Tegangan Fasa R di Bawah Normal Lebih dari 60 DetikError! Bookmark not defined.

  R, S, dan T di Bawah Normal Lebih dari 60 DetikError! Bookmark not def

Gambar 4.18 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Tegangan FasaGambar 4.17 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Tegangan Fasa T di Bawah Normal Kurang dari 60 DetikError! Bookmark not defined.Gambar 4.16 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Tegangan Fasa S di Bawah Normal Kurang dari 60 DetikError! Bookmark not defined.

  R, S, T di Bawah Normal Kurang dari 60 DetikError! Bookmark not define

Gambar 4.4 Linierisasi Sensor Arus .... Error! Bookmark not defined.Gambar 4.14 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Tegangan FasaGambar 4.13 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Normal dengan Beban Bervariasi ............. Error! Bookmark not defined.Gambar 4.12 Database pada Microsoft ExcelError! Bookmark not defined.Gambar 4.11 Tampilan Software Delphi 7Error! Bookmark not defined.Gambar 4.10 Tampilan Command PromptError! Bookmark not defined.Gambar 4.9 Tampilan Pengujian Sensor Frekuensi Pada Fasa R Menggunakan Osiloskop . Error! Bookmark not defined.Gambar 4.8 Fluke 41B Power Harmonics AnalyzerError! Bookmark not defined.Gambar 4.7 Diagram Pengujian Sensor Power FactorError! Bookmark not defined.Gambar 4.6 Sinyal Output Tegangan Pada Pengujian Zero Crossing Detector Fasa R .............. Error! Bookmark not defined.Gambar 4.5 Diagram Pengujian Rangkaian Zero Crossing DetectorError! Bookmark noGambar 4.25 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Tegangan Fasa TGambar 4.26 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Tegangan Fasa

  R, S, dan T di Atas Normal Lebih dari 60 DetikError! Bookmark not def

Gambar 4.27 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Tegangan Fasa R di Atas Normal Lebih dari 60 DetikError! Bookmark not defined.Gambar 4.28 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Tegangan Fasa S di Atas Normal Lebih dari 60 DetikError! Bookmark not defined.Gambar 4.29 Tampilan Monitoring Dalam Kondisi Tegangan Fasa T di Atas Normal Lebih dari 60 DetikError! Bookmark not defined.Gambar 4.30 Tampilan ID dan Password pada HMIError! Bookmark not defined.Gambar 4.31 Menu Konfirmasi Untuk Penyimpanan Data ke Database Microsoft Excel Error! Bookmark not defined.

• Halaman ini sengaja dikosongkan-----

  DAFTAR TABEL

  HALAMAN Tabel 2.1 Pin Konfiguarasi Konektor DB-9Error! Bookmark not defined.

Tabel 2.2 Tombol Shortcut pada Software Delphi7Error! Bookmark not defined.Tabel 2.3 Spesifikasi Modul WIZ 110SRError! Bookmark not defined.Tabel 2.4 Spesifikasi Router Movistar ASL 26555Error! Bookmark not defined.Tabel 4.1 Hasil Pengujian Sensor TeganganError! Bookmark not defined.Tabel 4.2 Persentase Error Sensor TeganganError! Bookmark not defined.Tabel 4.3 Hasil Pengujian Sensor ArusError! Bookmark not defined.Tabel 4.4 Persentase Error Sensor ArusError! Bookmark not defined.Tabel 4.5 Hasil Pengujian Rangkaian Zero Crossing DetectorError! Bookmark noTabel 4.6 Pengukuran Power Factor Menggunakan Alat UkurError! Bookmark no Tabel 4.7 Pengukuran Power Factor Pada AlatError! Bookmark not defined.Tabel 4.8 Data Pengujian Frekuensi Error! Bookmark not defined.Tabel 4.9 Pengujian Koneksi Wireless dengan PCError! Bookmark not defined.

• Halaman ini sengaja dikosongkan-----

41. BAB I PENDAHULUAN PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Perkembangan sistem kelistrikan saat ini telah mengarah pada peningkatan efisiensi dan mutu tegangan dalam penyaluran energi listrik. Peningkatan efisiensi dan mutu tersebut dapat dimulai dari pembangkitan, transmisi dan distribusi. Pada sisi distribusi, peningkatan efisiensi dapat dilakukan dengan cara mengurangi terjadinya jatuh tegangan pada saluran dan memberikan tingkat tegangan yang aman bagi peralatan serta menjaga power factor sesuai dengan standar yang telah ditentukan. Hal ini sangat penting dan harus dijaga agar kualitas daya tetap terjaga mengingat sebagian besar konsumen bersikap loyal terhadap PLN dengan membayar tepat waktu dan menggunakan daya besar.

  Untuk menjaga kualitas daya pada pelanggan, pihak PLN dapat memonitoring kualitas daya pada trafo distribusi karena trafo distribusi langsung terhubung dengan pelanggan. Pengukuran dengan datang ke lapangan tidak terjadi sepanjang waktu. Petugas harus harus datang ke lokasi trafo distribusi, melakukan pengukuran, lalu kembali lagi ke kantor untuk melaporkan hasil, hal ini tidaklah efektif karena kualitas daya pada lapangan dapat berubah sewaktu – waktu sesuai dengan kondisi beban. Jika dibiarkan secara terus menerus penanganan ketika terjadi penurunan kualitas daya pada salah satu trafo distribusi akan lambat.

  Sampai saat ini telah dikembangkan alat yang dapat memonitoring kualitas daya pada gejala perubahan tegangan berdurasi pendek yaitu

  

voltage dip/sag dan swell [1], tetapi belum dikembangkannya alat yang

  juga dapat memonitoring power factor. Power factor menjadi hal penting yang harus diperhatikan dalam penyaluran daya, kualitas power

  

factor harus terus dijaga agar tidak menyebabkan derating dan

  kerusakan peralatan [2]. Penurunan kualitas power factor juga berdampak pada biaya operasi peralatan [3]. Peralatan tidak dapat bekerja maksimum tetapi harus membayar biaya operasional yang disebabkan naiknya daya reaktif, hal ini akan merugikan pelanggan, pada pihak pelanggan daya yang harus mereka bayar tidak sesuai membayar denda ditambah lagi dengan mengganti peralatan yang rusak akibat kualitas daya yang buruk. Selain itu belum juga dikembangkan peralatan yang dapat mendeteksi gejala perubahan tegangan berdurasi panjang yaitu overvoltage atau undervoltage dalam satu sistem. Maka sebab itu pada tugas akhir ini dilakukan perancangan monitoring kualitas daya output trafo distribusi dengan memperhatikan nilai tegangan, arus, power factor, frekuensi, gangguan voltage sag/swell, dan gangguan undervoltage/overvoltage.

1.2 Permasalahan

  Pada Tugas Akhir ini yang menjadi permasalahan utama adalah

  1. Kualitas daya output trafo distribusi yang buruk dapat menyebabkan kerusakan peralatan listrik.

  2. Selama ini belum diketahui bagaimana kualitas daya pada sisi output trafo distribusi.

  3. Selama ini belum adannya peralatan monitoring real time untuk mengetahui kualitas daya pada sisi output trafo distribusi.

  4. Selama ini belum adanya pencatatan gangguan yang terjadi akibat penurunan kualitas daya listrik yang terjadi pada trafo distribusi.

  5. Penanganan apabila terjadi penurunan kualitas daya terkesan lambat.

1.3 Batasan Masalah

  Dari perumusan masalah di atas, maka batasan masalah dari Tugas Akhir ini adalah:

  1. Parameter yang diukur adalah arus, tegangan, power factor, dan frekuensi.

  2. Gangguan kualitas daya yang dideteksi adalah sag, swell, overvoltage dan undervoltage.

  3. Untuk mendeteksi gangguan sag, swell, overvoltage dan

  undervoltage dibutuhkan waktu minimal 1 detik dari waktu awal ketika terjadi gangguan.

  4. Beban minimal yang dapat dideteksi oleh sensor arus adalah 100 Watt.

1.4 Tujuan

  1. Untuk memonitor besar arus, tegangan, power factor, frekuensi dan daya aktif pada sisi output trafo distribusi dan mendeteksi kondisi sag/swell dan overvoltage/undervoltage.

2. Untuk membantu petugas dispatcher dalam mencatat tiap gangguan dan segera menangani masalah yang terjadi.

1.5 Sistematika Laporan

  Pembahasan Tugas Akhir ini akan dibagi menjadi lima Bab dengan sistematika sebagai berikut:

  Bab I Pendahuluan Bab ini membahas tentang latar belakang,

  permasalahan, batasan masalah, maksud dan tujuan, sistematika laporan, serta relevansi.

  Bab II Teori Dasar Bab ini menjelaskan tentang tinjauan pustaka dari

  kualitas daya, sag/swell, overvoltage/undervoltage, power factor dan frekuensi.

  Bab III Perancangan Alat Bab ini membahas perancangan dan pembuatan hardware meliputi rengkaian-rangkaian, desain

  bangun, software meliputi pemrograman dan HMI serta media komunikasi meliputi setting wiznet dan

  router.

  Bab IV Pengujian Dan Analisa Data Bab ini membahas tentang pengukuran, pengujian, dan

  analisa terhadap prinsip kerja dan proses dari alat yang telah dibuat.

  Bab V Penutup Bab ini berisi tentang kesimpulan dari Tugas Akhir ini

  dan saran – saran untuk pengembangan alat lebih lanjut.

1.6 Relevansi

  Hasil yang diperoleh dari Tugas Akhir ini adalah alat yang dibuat dapat digunakan sebagai bahan pengembangan alat untuk memudahkan pihak PLN dalam memonitoring adannya masalah penurunan kualitas daya antara lain adannya tegangan sag atau swell, overvoltage atau mengetahui dan menangani gangguan yang terjadi. Degan begitu kualitas daya yang disalurkan ke pelanggan dapat terus terjaga mutunya.

42. BAB II TEORI DASAR

  Bab ini membahas mengenai teori-teori yang berkaitan dengan topik tugas akhir. Teori penunjang yang berkaitan dengan tugas akhir ini adalah kualitas daya listrik, permasalahan kualitas daya listrik, beda potensial, arus listrik, gangguan sag/swell dan overvoltage/undervoltage serta hardware seperti mikrokontroler AVR ATmega 16, sensor tegangan, sensor arus, zero crossing detector, komunikasi serial RS – 232 dan Aplikasi Delphi.

2.1 Kualitas Daya Listrik

  Perhatian terhadap kualitas daya listrik dewasa ini semakin meningkat seiring dengan peningkatan penggunaan energi listrik dan utilitas kelistrikan. Istilah kualitas daya listrik telah menjadi isu penting pada industri tenaga listrik sejak akhir 1980-an. Istilah kualitas daya listrik merupakan suatu konsep yang memberikan gambaran tentang baik atau buruknya mutu daya listrik akibat adanya beberapa jenis gangguan yang terjadi pada sistem kelistrikan [2] Terdapat empat alasan utama, mengapa para ahli dan praktisi di bidang tenaga listrik memberikan perhatian lebih pada isu kualitas daya listrik [2], yaitu Pertumbuhan beban-beban listrik dewasa ini bersifat lebih peka terhadap kualitas daya listrik seperti sistem kendali dengan berbasis pada mikroprosesor dan perangkat elektronika daya, meningkatnya perhatian yang ditekankan pada efisiensi sistem daya listrik secara menyeluruh, sehingga menyebabkan terjadinya peningkatan penggunaan peralatan yang mempunyai efisiensi tinggi, seperti pengaturan kecepatan motor listrik dan penggunaan kapasitor untuk perbaikan faktor daya. Para pengguna utilitas kelistrikan menjadi lebih pandai dan bijaksana mengenai persoalan seperti sag, swell dan power factor dan merasa berkepentingan untuk meningkatkan kualitas distribusi daya listriknya, dan sistem tenaga listrik yang saling berhubungan dalam suatu jaringan interkoneksi, di mana sistem tersebut memberikan suatu konsekuensi bahwa kegagalan dari setiap komponen dapat mengakibatkan kegagalan pada komponen lainnya.

  Terdapat beberapa definisi yang berbeda terhadap pengertian utilitas kelistrikan dapat mengartikan kualitas daya listrik sebagai keandalan, di mana dengan menggunakan angka statistik 99,98 persen, sistem tenaga listriknya mempunyai kualitas yang dapat diandalkan. Suatu industri manufaktur dapat mengartikan kualitas daya listrik adalah karakteristik dari suatu catu daya listrik yang memungkinkan peralatan- peralatan yang dimiliki industri tersebut dapat bekerja dengan baik. Karakteristik yang dimaksud tersebut dapat menjadi sangat berbeda untuk berbagai kriteria.

  Kualitas daya listrik adalah setiap masalah daya listrik yang berbentuk penyimpangan tegangan, arus atau frekuensi yang mengakibatkan kegagalan ataupun kesalahan operasi pada peralatan- peralatan yang terjadi pada konsumen energi listrik [2]. Daya adalah suatu nilai dari energi listrik yang dikirimkan dan didistribusikan, di mana besarnya daya listrik tersebut sebanding dengan perkalian besarnya tegangan dan arus listriknya. Sistem suplai daya listrik dapat dikendalikan oleh kualitas dari tegangan, dan tidak dapat dikendalikan oleh arus listrik karena arus listrik berada pada sisi beban yang bersifat individual, sehingga pada dasarnya kualitas daya adalah kualitas dari tegangan itu sendiri [2].

2.2 Permasalahan Kualitas Daya Listrik [2]

  Permasalahan kualitas daya listrik disebabkan oleh gejala-gejala atau fenomena-fenomena elektromagnetik yang terjadi pada sistem tenaga listrik. Gejala elektromagnetik yang menyebabkan permasalahan kualitas daya adalah : a. Gejala Peralihan (Transient), yaitu suatu gejala perubahan variabel (tegangan, arus dan lain-lain) yang terjadi selama masa transisi dari keadaan operasi tunak (steady state) menjadi keadaan yang lain.

  b. Gejala Perubahan Tegangan Durasi Pendek (Short-Duration

  Variations), yaitu suatu gejala perubahan nilai tegangan dalam waktu yang singkat yaitu kurang dari 1 (satu) menit.

  c. Gejala Perubahan Tegangan Durasi Panjang (Long-Duration

  Variations), yaitu suatu gejala perubahan nilai tegangan, dalam waktu yang lama yaitu lebih dari 1 (satu) menit.

  d. Ketidakseimbangan Tegangan, adalah gejala perbedaan besarnya tegangan dalam sistem tiga fasa serta sudut fasanya e. Distorsi Gelombang, adalah gejala penyimpangan dari suatu gelombang (tegangan dan arus) dari bentuk idealnya berupa gelombang sinusoidal

  f. Fluktuasi Tegangan, adalah gejala perubahan besarnya tegangan secara sistematik.

  g. Gejala Perubahan Frekuensi Daya yaitu gejala penyimpangan frekuensi daya listrik pada suatu sistem tenaga listrik.

2.3 Tegangan dan Arus AC [2]

  Nilai puncak sebuah gelombang sinus dapat diartikan sebagai nilai tegangan atau arus pada sisi positif ataupun negatif maksimum terhadap titik 0. Nilai puncak tegangan dilambangkan dengan V

  = Tegangan peak to peak (V)

  V rms = Tegangan efektif (V)

  Di mana :

  I rms = 0,707I p (2.4)

  (2.3)

  p

  = 0,707V

  V rms

  Selain nilai peak to peak, gelombang sinus tegangan dan arus juga memiliki nilai rms (root mean square) atau dikenal sebagai nilai efektif sebuah arus atau tegangan. Cara mencari nilai efektif arus dan tegangan AC adalah sebagai berikut:

  I pp = Arus peak to peak (A)

  V pp

  p

  Gelombang sinus adalah jenis umum dari tegangan dan arus AC (Alternating Current). Satu siklus gelombang sinus membutuhkan pergantian dari 1 sisi positif ke 1 sisi negatif ataupun sebaliknya.

  p

  = 2I

  I pp

  (2.1)

  V pp = 2V p

  positif ke puncak negatif. Nilai peak to peak sebuah tegangan atau arus adalah 2 kali nilai puncak tegangan atau arus, seperti pada rumusan berikut:

  

peak. Nilai peak to peak adalah nilai tegangan atau arus dari puncak

  , sedangkan untuk nilai puncak arus dilambangkan dengan I p . Gelombang sinus arus dan tegangan juga memiliki nilai peak to

  (2.2) Di mana :

  2.4 Frekuensi [3]

  Tegangan dan arus listrik yang digunakan pada sistem kelistrikan merupakan listrik bolak-balik yang berbentuk sinusoidal. Tegangan dan arus listrik sinusoidal merupakan gelombang yang berulang, sehingga gelombang sinusoidal mempunyai frekuensi. Frekuensi adalah ukuran jumlah putaran ulang per peristiwa dalam selang waktu yang diberikan. Satuan frekuensi dinyatakan dalam hertz (Hz) yaitu nama pakar fisika Jerman Heinrich Rudolf Hertz yang menemukan fenomena ini pertama kali. Frekuensi sebesar 1 Hz menyatakan peristiwa yang terjadi satu kali per detik, di mana frekuensi sebagai hasil kebalikan dari periode, seperti rumus di bawah ini :

  (2.5) Di mana:

  f = frekuensi (Hz) T = periode (s)

  Di setiap negara mempunyai frekuensi tegangan listrik yang berbeda-beda. Frekuensi tegangan listrik yang berlaku di Indonesia adalah 50 Hz, sedangkan di Amerika berlaku frekuensi 60 Hz.

  2.5 Daya dan Faktor Daya [3]

  Daya adalah suatu ukuran terhadap penggunaan energi dalam suatu waktu tertentu, di mana : (2.6)

  Di mana :

  P = daya (Watt) E = energi (Joule) t = waktu (detik)

  Terdapat tiga macam daya listrik yang digunakan untuk menggambarkan penggunaan energi listrik, yaitu daya nyata atau daya aktif, daya reaktif serta daya semu atau daya kompleks. Daya nyata atau daya aktif adalah daya listrik yang digunakan secara nyata, misalnya untuk menghasilkan panas, cahaya atau putaran pada motor listrik. Daya nyata dihasilkan oleh beban - beban listrik yang bersifat resistif murni. Besarnya daya nyata sebanding dengan kuadrat arus listrik yang

  P = I

2 R

  (2.7) Di mana :

  P = daya (Watt) I = arus listrik (Ampere) R = tahanan (Ohm)

  Daya reaktif dinyatakan dengan satuan VAR (Volt Ampere Reaktan) adalah daya listrik yang dihasilkan oleh beban-beban yang bersifat reaktansi. Terdapat dua jenis beban reaktansi, yaitu reaktansi induktif dan reaktansi kapasitif. Beban – beban yang bersifat induktif akan menyerap daya reaktif untuk menghasilkan medan magnet. Contoh beban listrik yang bersifat induktif antara lain transformator, motor induksi satu fasa maupun tiga fasa yang biasa digunakan untuk menggerakkan kipas angin, pompa air, lift, eskalator, kompresor, konveyor dan lain-lain. Beban – beban yang bersifat kapasitif akan menyerap daya reaktif untuk menghasilkan medan listrik. Contoh beban yang bersifat kapasitif adalah kapasitor. Besarnya daya reaktif sebanding dengan kuadrat arus listrik yang mengalir pada beban reaktansi di mana:

  Q = I

2 X

  (2.9) Di mana :

  Q = daya (VAR) X = reaktansi total (Ohm)

  X = X L - X C

  X C

  = reaktansi kapasitif (Ohm) Daya kompleks atau lebih sering dikenal sebagai daya semu adalah penjumlahan secara vektor antara daya aktif dan daya reaktif, di mana :

  S = P + jQ

  (2.10) Daya kompleks dinyatakan dengan satuan VA (Volt Ampere) adalah hasil kali antara besarnya tegangan dan arus listrik yang mengalir pada beban, di mana :

  S = VI

  (2.11) Di mana :

  S = daya kompleks (VA) V = tegangan (Volt)

  (2.8)

  X L = reaktansi induktif (Ohm) Hubungan ketiga buah daya listrik yaitu daya aktif, daya reaktif serta daya kompleks, dinyatakan dengan sebuah segitiga pada Gambar 2.1, yang disebut segitiga daya.

  Gambar 2.1

  Segitiga Daya Dari gambar segitiga daya tersebut, hubungan antara ketiga daya listrik dapat dinyatakan sebagai berikut :

  S

  (2.12)

  P = S cos ϕ (2.13)

  (2.14)

  P = VI cos ϕ

  (2.14)

  Q = VI sin ϕ (2.15) Cosϕ = pf = (2.16) ϕ adalah sudut antara daya aktif dan daya kompleks, sehingga Cosϕ didefinisikan sebagai faktor daya (power factor). Untuk beban

  yang bersifat induktif, power factor bersifat lagging di mana arusnya tertinggal dari tegangannya. Dan untuk beban yang bersifat kapasitif,

  power factor bersifat leading di mana arusnya mendahului tegangannya.

2.6 OverVoltage [3]

  Overvoltage atau tegangan lebih adalah suatu gejala peningkatan

  nilai tegangan rms bolak-balik sebesar lebih dari 110 persen pada tegangan untuk waktu lebih dari 1 menit. Sedangkan PLN memiliki standar OverVoltage lebih dari 5 persen di atas standar tegangan yang dianjurkan. Overvoltages biasanya akibat operasi pensaklaran beban (misalnya, switching dari sebuah beban besar atau capacitor bank).

  Overvoltage dapat dihasilkan oleh terlalu lemahnya pengaturan tegangan

  yang dikehendaki terhadap sistem tenaga listrik tersebut atau kendali

  2.7 UnderVoltage [3] Undervoltage adalah suatu gejala penurunan tegangan rms bolak-

  balik sebesar kurang dari 90 persen dari nilai tegangan nominal pada frekuensi daya untuk durasi lebih dari 1 menit. Undervoltages adalah hasil dari suatu peristiwa kembalinya keadaan overvoltage menuju keadaan normalnya. Sebuah operasi pensaklaran beban atau atau memutuskan bank kapasitor dapat menyebabkan undervoltage, sampai keadaan di mana peralatan pengaturan tegangan pada sistem tegangan tersebut dapat membawa kembali pada toleransi nilai tegangan yang standar. Keadaan overload atau beban lebih pada rangkaian dapat mengakibatkan penurunan tegangan atau undervoltages.

  2.8 Sag and Swell [3] Voltage sags pada Gambar 2.2 adalah penurunan sementara

  secara tiba-tiba tegangan rms di sistem penyaluran tenaga listrik dari tegangan efektif (rms) atau arus pada frekuensi dayanya dalam durasi pendek yaitu selama 0,5 siklus sampai 1 menit. Penyebab terjadinya

  

voltage sags antara lain karena gangguan pada saluran transmisi atau

  distribusi yang menyebabkan adanya short circuit seperti adanya hewan atau pohon yang menempel di kabel transmisi, adanya kecelakaan yang menabrak tiang listrik, atau adanya petir yang menyambar penghantar. Voltage sags dapat juga disebabkan karena masuknya peralatan yang membutuhkan arus awal besar ke jaringan, kecelakaan saat perbaikan dalam keadaan bertegangan, lightning (petir) dan pohon tumbang yang menyebabkan gangguan ke tanah, perubahan beban yang berlebihan / diluar batas dari kemampuan sistem daya (misal: Penambahan Pemanas Listrik).

  Gambar 2.3 Voltage Swell

  Kondisi Voltage swell pada Gambar 2.3 adalah peningkatan sementara tegangan secara tiba-tiba dari tegangan kerjanya di sistem penyaluran tenaga listrik dari tegangan efektif (rms) atau arus pada frekuensi dayanya, dalam durasi pendek yaitu selama 0,5 siklus sampai 1 menit. Penyebab voltage swells adalah biasanya adanya gangguan

  

line ke grounding pada power system atau adanya beban besar yang

tiba-tiba terputus.

2.9 Mikrokontroler AVR ATMega 16 [4]

  Mikrokontroler adalah suatu chip yang dapat digunakan sebagai pengontrol utama sistem elektonika. Hal ini dikarenakan di dalam chip tersebut sudah ada unit pemroses, memory ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), Input – Output, dan fasilitas pendukung lainnya. Saat ini, sudah banyak pemula dan praktisi yang beralih ke mikrokontroler AVR, dibandingkan mikrokontroler keluarga MCS51. Keterbatasan pada mikrokontoler tersebut (resolusi, memori, dan kecepatan) menyebabkan banyak orang beralih ke mikrokontoler AVR. Hal ini dikarenakan kelebihan yang dimilikinya, diantaranya pada beberapa tipe AVR sudah terdapat ADC internal, ukuran memori yang lebih besar, kecepatan eksekusi instruksi, dan dukungan software yang dapat digunakan di dalam chip tersebut. AVR dapat dikelompokan menjadi empat kelas, yaitu keluarga ATtiny, keluarga AT90Sxx, fungsinya. Mikrokontroler yang digunakan dalam Tugas Akhir ini adalah ATMega 16.

2.9.1 Arsitektur Mikrokontroler AVR ATMega 16

  Mikrokontroler yang digunakan dalam Tugas Akhir ini adalah ATMega 16. AVR ATMega 16 merupakan seri Mikrokontroler CMOS 8-bit dengan 16 Kbyte programable flash yang berbasis pada arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computers) dapat dilihat pada Gambar

  2.4. Kebanyakan instruksi dikerjakan pada satu siklus clock, ATMega 16 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz.

  Gambar 2.4

  Arsitektur AVR ATMega16 a. VCC (Digital power supply) merupakan pin masukan positif catu daya.

  b. GND (ground) sebagai pin Ground

  c. Port A (PA7..PA0) Port A berfungsi sebagai input analog pada A/D Konverter.

  Port A juga berfungsi sebagai suatu Port I/O 8-bit dua arah, jika A/D Konverter tidak digunakan. Pin-pin Port dapat menyediakan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk masing-masing bit).

  d. Port B (PB7..PB0) Port B adalah suatu Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk beberapa bit).

  e. Port C (PC7..PC0) Port C adalah suatu Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk beberapa bit).

  f. Port D (PD7..PD0) Port D adalah suatu Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor

  internal pull-up (yang dipilih untuk beberapa bit). Pada port D