RANCANG BANGUN SISTEM TELEMETERING GARDU

RANCANG BANGUN SISTEM TELEMETERING GARDU DISTRIBUSI PT.PLN
BERBASIS ANDROID
Zuansah Rachmat Munggaran
Magister Teknik Elektro
Universitas Mercubuana, Menteng Raya, Jakarta Pusat
08111472131, zuansah.rachmat@gmail.com
Dosen : Dr Ir Iwan Krisnandi MBA
1. Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk membuat sistem pengukuran baru pada gardu distribusi di jaringan
tenaga listrik 20 kV PT.PLN yang efektif, efisien, real time, cepat dan mudah berbasis telemetering
memanfaat teknologi ICT yang ada. Studi literatur dan pemahaman model metering dilakukan untuk
membuat perangkat keras baru yang dipasang di gardu, dan perangkat lunak yang dipasang pada
sistem operasi Android, dimana kedua hal tersebut terintegrasi. Objek penelitian dalam penelitian
ini adalah gardu distribusi PT.PLN, pengambilan data dan analisa dilaksanan langsung sehingga data
yang didapatkan real dan sesuai fakta dilapangan.
Kata Kunci : Telemetering, Android, Gardu Distribusi Tenaga Listrik
2. Pendahuluan
Pengukuran beban gardu distribusi dari
bagian operasi sistem adalah dasar dalam
menganalisa kondisi sistem, kesiapan sistem
dalam menambah suplai pelanggan, dan

dasar dari pemeliharaan, pembangunan, dan
perencanaan sistem. Pada pelaksanaannya
pengukuran beban gardu dilaksanakan secara
manual menggunakan ampere meter digital,
sehingga pelaksana harus turun ke lapangan
untuk mengukur beban pada gardu.
Gardu distribusi adalah suatu perangkat
ketenaga listrikan yang berisi Transformator
daya, rel panel pembagi jurusan, rel panel
utama, peralatan proteksi, dan material gardu
distribusi utama. Gardu distribusi tersebar di
setiap unit PT.PLN untuk merubah tegangan
dari 20 kV (kilo Volt) ke 220 Volt sehingga
dapat di salurkan oleh jaringan tegangan
rendah ke saluran instalasi pelanggan.
Banyaknya gardu distribusi dan jarak yang
jauh membuat pengukuran memakan waktu
yang lama dalam pelaksanaannya, dan hasil
pengukuran yang dilaksanakan tidak selalu
akurat dikarenakan karakter beban yang

fluktuatif mengikuti kondisi penggunaan
tenaga listrik di pelanggan.
Menanggapi permasalahan yang ada
dibutuhkan solusi alternatif yang dapat
menggantikan cara pengukuran manual
tersebut. Di tengah pengaruh globalisasi
dengan tingkat kompetitif yang tinggi saat ini
pengukuran dengan cara manual tersebut
harus digantikan dengan sistem pengukuran
baru yang lebih baik dengan bantuan
teknologi tinggi, oleh karena itu dibuatlah

perancangan
sistem
pengukuran
menggunakan teknologi telekomunikasi
digital, sehingga pengukuran berbasis
telemetering, untuk human machine interface
pengguna di gunakan sistem operasi android
sehingga bisa di monitor melalui smartphone.

Rancangan ( Design ) Riset dan
Analisa
Dalam penelitian ini, akan dibuat sebuah
rancang bangun alat untuk menjawab
perumusan masalah diatas. Rancangan yang
akan dibuat dengan merakit komponen –
komponen berikut, Mikro kontrol Arduino,
Sensor Alternating Current, sensor VAC,
Analog Digital Converter, 3G Connection
Shield, Power Supply Utama, Power Supply
peripheral.
Telemetering adalah suatu proses
pengiriman besaran ukur jarak jauh melalui
media komunikasi data. Besaran yang akan
diukur dalam penelitian ini adalah arus dan
tegangan pada gardu distribusi PT.PLN,
besaran tersebut diambil dari plat tembaga rel
busbar pada papan hubung bagi tegangan
rendah, arus yang bekerja pada sistem adalah
arus bolak balik (alternating current) sistem

pembacaan dilakukan melalui beberapa
tahapan yaitu:
3.

a.
Pembacan
arus
oleh
current
transformer
Arus yang mengalir pada rel busbar sangat
besar dan tidak mungkin dilakukan poleh
perangkat elektronik yang rata-rata memiliki
batasan maksimal 5 A, sehingga digunakan

current transformer sebagai transduser,
prinsip current transformer yang digunakan
adalah toroida

Gambar 1.1 Toroida

Toroida adalah kawat yang dililitkan
pada inti yang berbentuk lingkaran. Pada
prinsipnya, toroida merupakan solenoida
yang intinya dibengkokkan sehingga
berbentuk lingkaran. Besarnya induksi
magnet pada toroida hanya ada di dalam
toroida (sumbu toroida) dan besarnya
ditentukan dengan rumus
˳
=
.........................................................
.............................(1)
Dimana ,
B = besar medan magnet (Wb.m-2)
N = jumlah lilitan
I = Arus kerja
= Jari – jari efektif toroida

chip ACS712-5 yang memanfaatkan efek
Hall.

Jika medan magnet B diletakkan
tegak lurus pada suatu pelat logam
(konduktor atau semikonduktor) dengan cara
menempatkan plat tersebut diantara mukamuka kutub sebuah elektromagnet. Medan ini
akan mengarahkan gaya pembelok F pada
plat sebagaimana dirumuskan dalam il x B ,
yang menunjukkan ke arah kanan seperti
pada Gambar 1.

Gambar 1. Model percobaan efek hall
Oleh karena gaya yang mengarah ke samping
pada plat tersebut adalah disebabkan oleh
gaya pembawa muatan, yaitu qv x B.
Pembawa-pembawa muatan positif (hole)
atau negatif (electron) akan cenderung
mengarah ke kanan ketika pembawa muatan
ini hanyut (drift) sepanjang plat logam. Hal
inilah yang menyebabkan beda-beda
potensial kecil V di antara sumbu x dan y.

Secara keseluruhan fenomena ini disebut
dengan Efek Hall.
Persamaan
Koefisien Hall :

Resistivitas

:

Pembawa muatan/hole :
b. Pembacaan arus sekunder pada
keluaran current transformer
menggunakan sensor arus
Modul sensor yang digunakan untuk
mendeteksi besar arus yang mengalir lewat
blok terminal menggunakan current sensor

Dimana e, j, E, dan B besaran-besaran
fundamental dan t, w, dan L adalah dimensi
Volume dari sampel ( t . l . w)

c.

Pembacaan

tegangan

oleh

sensor

tegangan
Sensor tegangan yang digunakan
menggunakan sistem mikro trafo pada
perangkat modul sensor ZMPT101B, skema
sebagai berikut,
Gambar4.1 Skema ADC
1. Pen-cuplik-an adalah proses mengambil
suatu nilai pasti (diskrit) dalam suatu
data kontinu dalam satu titik waktu
tertentu dengan periode yang tetap.

Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada
ilustrasi gambar berikut:
Gambar skema cara kerja sensor
Tegangan yang masuk akan melewati resistor
sehingga akan keluar arus lalu arus akan
melewati resistor kedua sehingga keluar
tegangan dari modul sebagai output yang
nantinya akan menjadi inputan Analog
Digital Converter.

2.
Gambar skema model sensor ZMPT101B
d. Perubahan bentuk sinyal dari sensor
oleh analog digital converter
ADC (Analog to Digital Converter)
adalah suatu perangkat elektronika yang
mengubah suatu data yang kontinu terhadap
waktu (analog) menjadi suatu data yang
diskrit terhadap waktu (digital).
•

Kontinu
=
adalah
proses
berkesinambungan, dapat dianalogikan
seperti jalanan yang menanjak, antara
titik satu dengan yang berikutnya tidak
terlihat nyata perbedaannya.
•
Diskrit = adalah kebalikan dari kontinu,
dapat dianalogikan seperti anak-anak
tangga, lompatan satu anak tangga ke
yang berikutnya terlihat nyata.
Proses yang terjadi dalam ADC adalah:
1.
Pencuplikan
2.
Pengkuantisasian
3.
Pengkodean

Gambar 4.2 Proses pencuplikan
Semakin besar frekuensi pen-cuplik-an,
berarti semakin banyak data diskrit
yang didapatkan, maka semakin cepat
ADC tersebut memproses suatu data
analog menjadi data digital.
Peng-kuantisasi-an
adalah
proses
pengelompokan data diskrit yang
didapatkan pada proses pertama ke
dalam
kelompok-kelompok
data.
Kuantisasi, dalam matematika dan
pemrosesan sinyal digital, adalah proses
pemetaan nilai input seperti pembulatan
nilai.

Gambar 4.3 Proses Kuantisasi
Semakin
banyak
kelompokkelompok dalam proses kuantisasi,
berarti semakin kecil selisih data diskrit
yang didapatkan dari data analog, maka
semakin teliti ADC tersebut memproses

3.

suatu data analog menjadi data digital.
Peng-kode-an adalah meng-kode-kan
data hasil kuantisasi ke dalam bentuk
digital (0/1) atau dalam suatu nilai
biner.

Gambar 4.3 Proses Peng-kode-an
dalam ADC: X1 = 11, X2 = 11, X3 =
10, X4 = 01, X5 = 01, X6 = 10.
Secara matematis, proses ADC dapat
dinyatakan dalam persamaan:
Data ADC = (Vin/Vref) x Maksimal
Data
Dimana,
Data ADC
= Data digital
hasil konversi adc
Vin
=
Tegangan
masukan dari sensor
Vref
=
Tegangan referensi
Maksimal
= Maksimal data
bit
Simulasi perhitungan, suatu
rangkaian ADC dengan IC 0804
diberikan input tegangan analog
sebesar 3 volt. Tegangan referensi IC
di-set di 5 volt. Data digital output dari
IC 0804 adalah 8 bit data digital.
Maka maksimal data nya adalah 28 – 1
= 255 (pengurangan 1 dilakukan
karena data dimulai dari 0-255 yang
berarti berjumlah 256). Sehingga data
digital output IC adalah:
Data ADC = (Vin/Vref) x Maksimal
Data
Data ADC = (3/5) x 255

e.

Data_Digital_Output_IC = 153 =
10011001
Pemrosesan
pembacaan
oleh

mikrokontrol Arduino UNO R3
Arduino Merupakan board modul
dari rangkain microcontroller yang telah
dirangkai sehingga pengguna bisa membuat
suatu rangkaian tanpa perlu marakit lagi
bahan-bahan pendukung mikrokontrol.
Arduino
Uno
adalah
board
mikrokontroler berbasis ATmega328. Uno
memiliki 14 pin digital input / output (dimana
6 dapat digunakan sebagai output PWM), 6
input analog, resonator keramik 16 MHz,
koneksi USB, jack listrik, header ICSP, dan
tombol reset. Uno dibangun berdasarkan apa
yang
diperlukan
untuk
mendukung
mikrokontroler,
sumber
daya
bisa
menggunakan power USB (jika terhubung ke
komputer dengan kabel USB) dan juga
dengan adaptor atau baterai.
Arduino Uno berbeda dari semua
papan sebelumnya dalam hal tidak
menggunakan FTDI chip driver USB-toserial. Sebaliknya, fitur Atmega16U2
(Atmega8U2 sampai versi R2) diprogram
sebagai konverter USB-to-serial. Revisi 2
dari Uno memiliki resistor pulling 8U2 HWB
yang terhubung ke tanah, sehingga lebih
mudah untuk menggunakan mode DFU.
Sumber Daya / Power
Arduino Uno dapat diaktifkan melalui
koneksi USB atau dengan catu daya
eksternal. Sumber daya dipilih secara
otomatis. Untuk sumber daya Eksternal (nonUSB) dapat berasal baik dari adaptor AC-DC
atau baterai. Adaptor ini dapat dihubungkan
dengan memasukkan 2.1mm jack DC ke
colokan listrik board. Baterai dapat
dimasukkan pada pin header Gnd dan Vin
dari konektor DAYA.
Board dapat beroperasi pada pasokan
eksternal dari 6 sampai 20 volt. Jika Anda
menggunakan tegangan kurang dari 6 volt
mungkin tidak akan stabil. Jika menggunakan
lebih dari 12V, regulator tegangan bisa panas
dan merusak papan. Rentang yang dianjurkan
adalah 7 sampai 12 volt.
Pin listrik yang tersedia adalah sebagai
berikut:
1. VIN. Input tegangan ke board Arduino
ketika menggunakan sumber daya
eksternal. Anda dapat menyediakan
tegangan melalui pin ini, atau, jika Anda
ingin memasok tegangan melalui
colokan listrik, gunakan pin ini. Pin ini
merupakan output 5V yang telah diatur
oleh regulator papan Arduino. Board

dapat diaktifkan dengan daya, baik dari
colokan listrik DC (7 - 12V), konektor
USB (5V), atau pin VIN board (7-12V).
Jika Anda memasukan tegangan melalui
pin 5V atau 3.3V secara langsung (tanpa
melewati regulator) dapat merusak
papan
Arduino.
Penulis
tidak
menyarankan itu. Tegangan pada pin
3V3. 3.3Volt dihasilkan oleh regulator
on-board.
Menyediakan
arus
maksimum 50 mA.
2. GND. Pin Ground.
3. IOREF. Pin ini di papan Arduino
memberikan tegangan referensi ketika
mikrokontroler beroperasi. Sebuah
shield yang dikonfigurasi dengan benar
dapat membaca pin tegangan IOREF
sehingga dapat memilih sumber daya
yang tepat agar dapat bekerja dengan
5V atau 3.3V.
Memori
ATmega328 memiliki 32 KB (dengan 0,5 KB
digunakan untuk bootloader). ATmega328
juga memiliki 2 KB dari SRAM dan 1 KB
EEPROM (yang dapat dibaca dan ditulis
dengan perpustakaan / library EEPROM).
Input dan Output
Masing-masing dari 14 pin digital Uno dapat
digunakan sebagai input atau output,
menggunakan
fungsi
pinMode(),
digitalWrite(), dan digitalRead(). Mereka
beroperasi pada tegangan 5 volt. Setiap pin
dapat memberikan atau menerima maksimum
40 mA dan memiliki resistor pull-up internal
(terputus secara default) dari 20-50 kOhms.
Selain itu, beberapa pin memiliki fungsi
spesial:
1. Serial: pin 0 (RX) dan 1 (TX)
Digunakan untuk menerima (RX) dan
mengirimkan (TX) data serial TTL. Pin
ini terhubung dengan pin ATmega8U2
USB-to-Serial TTL.
2. Eksternal Interupsi: Pin 2 dan 3 dapat
dikonfigurasi untuk memicu interrupt
pada nilai yang rendah (low value),
rising atau falling edge, atau perubahan
nilai. Lihat fungsi attachInterrupt()
untuk rinciannya.
3. PWM: Pin 3, 5, 6, 9, 10, dan 11
Menyediakan 8-bit PWM dengan fungsi
analogWrite()
4. SPI: pin 10 (SS), 11 (MOSI), 12
(MISO), 13 (SCK) mendukung
komunikasi SPI dengan menggunakan
perpustakaan SPI

5.

LED: pin 13. Built-in LED terhubung
ke pin digital 13. LED akan menyala
ketika diberi nilai HIGH
Arduino Uno memiliki 6 input analog,
berlabel A0 sampai A5, yang masing-masing
menyediakan resolusi 10 bit (yaitu 1024 nilai
yang berbeda). Secara default mereka
mengukur dari ground sampai 5 volt,
perubahan tegangan maksimal menggunakan
pin AREF dan fungsi analogReference().
Selain itu, beberapa pin tersebut memiliki
spesialisasi fungsi, yaitu TWI: pin A4 atau
SDA dan A5 atau SCL mendukung
komunikasi TWI menggunakan perpustakaan
Wire.
Ada beberapa pin lainnya yang tertulis di
board:
1. AREF. Tegangan referensi untuk input
analog. Dapat digunakan dengan fungsi
analogReference().
2. Reset. Gunakan LOW untuk me-reset
mikrokontroler. Biasanya digunakan
untuk menambahkan tombol reset.
Komunikasi
Arduino Uno memiliki sejumlah
fasilitas untuk berkomunikasi dengan
komputer, Arduino lain, atau mikrokontroler
lainnya. ATmega328 menyediakan UART
TTL (5V) komunikasi serial, yang tersedia
pada pin digital 0 (RX) dan 1 (TX). Pada
ATmega16U2 saluran komunikasi serial
melalui USB dan muncul sebagai com port
virtual untuk perangkat lunak pada komputer.
Firmware 16U2 menggunakan standar driver
USB COM, dan tidak ada driver eksternal
diperlukan. Namun, pada Windows,
diperlukan file .inf. Perangkat lunak Arduino
termasuk monitor serial yang memungkinkan
data tekstual sederhana akan dikirim ke dan
dari papan Arduino. RX dan TX LED di
papan akan berkedip ketika data sedang
dikirim melalui chip USB-to-serial dan
koneksi USB komputer (tetapi tidak untuk
komunikasi serial pada pin 0 dan 1).
ATmega328 juga mendukung I2C (TWI) dan
komunikasi SPI. Perangkat lunak Arduino
termasuk perpustakaan Wire berfungsi
menyederhanakan penggunaan bus I2C.
Untuk komunikasi SPI, menggunakan
perpustakaan SPI.
Pemrograman
Arduino Uno dapat diprogram dengan
software Arduino, pemrograman mikro
kontrol menggunakan scetch dengan file
ekstensi .sct

Karakteristik Fisik
Panjang maksimum dan lebar PCB
Uno masing-masing adalah 2,7 dan 2,1 inci,
dengan konektor USB dan colokan listrik
yang melampaui dimensi tersebut. Empat
lubang sekrup memungkinkan board harus
terpasang ke permukaan. Perhatikan bahwa
jarak antara pin digital 7 dan 8 adalah 0,16",
tidak seperti pin lainnya.
Adapun data teknis board Arduino UNO R3
adalah sebagai berikut :
• Mikrokontroler : ATMEGA328
• Tegangan Operasi : 5V
• Tegangan Input (recommended) : 7 12 V
• Tegangan Input (limit) : 6-20 V
• Pin digital I/O : 14 (6 diantaranya pin
PWM)
• Pin Analog input : 6
• Arus DC per pin I/O : 40 mA
• Arus DC untuk pin 3.3 V : 150 mA
• Flash Memory : 32 KB dengan 0.5KB
digunakan untuk bootloader
• SRAM : 2 KB
• EEPROM : 1 KB
• Kecepatan Pewaktuan : 16 Mhz

Perancangan alat memanfaatkan sensor yang
merubah besaran analog menjadi digital dan
dibaca oleh mikrokontroler untuk selanjutnya
di transmisikan oleh jaringan 3G ke
smartphone.
g. Desain User Interface pada aplikasi
smartphone

Penampilan desain user interface smarphone

Analisa
Analisa yang dilakukan menggunakan
penilaian reliabilitas dan juga perhitungan
kualitas kehandalan menggunakan aplikasi
wireshark.
Konstruksi Jalur Rangkaian Arduino Uno
f. Pengiriman hasil pembacaan oleh
mikrokontrol
ke
android
menggunakan 3G shield
Dengan menggunakan 3G Shield pada
arduino
data
dikirim
ke
android

Keterangan

Dari rancang system yang dibuat data yang
didapat dan ditransmisikan adalah berupa :
1.

2.

Arus keluar Current Transformer,
sebagai
bahan
analisa
akurasi
transduser.
Tegangan Output Sensor arus sebagai
bahan analisa akurasi pembacaan sensor
arus.

3.

4.
5.

6.

4.

Tegangan Output sensor Tegangan
sebagai bahan analisa ketepatan
pembacaan sensor tegangan
Bit data pada ADC sebagai analisa
perhitungan konversi analog ke digital
Tegangan dan arus yang muncul pada
interface aplikasi android sebagai
analisa ketepatan konversi data yang
dikirim oleh 3G shield
Pola pembacaan acak dan konstan
metering sebagai analisa kemampuan
dan kehandalan rancang bangun alat.

6.

Hasil

Hari Pertama
JAM
Ping T
TL

Vb

01.00
03.00
05.00
07.00
09.00
13.00
15.00
17.00
19.00
21.00

10
10,4
10,2
10,4
10,8
10
10
10,4
10,4
10

5.

kan pada system kerja gardu distribusi
dengan kualitas cukup baik, data yang
dikirim dengan rate keberhasilan 98% dan
time to live diangka 23, dan persentase packet
loss diangka 10-6 , data yang dikirim cukup
akurat setelah dihitng tingkat reliabilitas nya
sangat baik dan aplikasi pada smartphone
dapat menampilkan data secara realtime
sesuai dengan yang diharapkan. Kedepannya
system yang baru ini dapat di aplikasikan dan
bermanfaat bagi efektifitas dan efisiensi
kinerja perusahaan dibidang energy.

86
84
84
81
80
80
80
79
79
81

27
27
32
30
34
33
34
34
34
31

Vout
SVolt

Ibbn

0,98
1,02
0,82
0,93
0,82
0,79
0,76
0,8
0,8
0,85

4,27
4,45
3,59
4,06
3,59
3,46
3,33
3,49
3,49
3,72

Kesimpulan

Sistem telemetering dapat di implementas

Vout
Si
3,54
3,38
4,24
3,76
4,25
4,39
4,53
4,35
4,35
4,11

Saran

Percobaan dilakukan pada gardu yang
tercover signal 3G yang baik, untuk
pemanfaatan teknologi selain 3G harus di
ukur kemampuan covering pada wilayah
yang akan dilakukan telemetering, dan
kedepatannya
untuk
memaksimalkan
akurasi
pembacaan
peralatan
yang
digunakan diganti dengan peralatan yang
sudah terstandarisasi.
7. Referensi
[1] Turan Gulan, Electric Power System
Engineering, USA, Mc Graw-Hill, 1986
[2] SPLN
118-3-1–1996,
Standar
Kontruki Gardu Distribusi
[3] Buku Standar Kontrukse PLN Volume
4, Jakarta; PT.PLN (Persero) penelitian dan
pengembangan, 2010
[4]
Yusuf Abdullahi Badamasi, The
Working principle of Arduino, Nigeria 2014
[5]
R.Feinberg, A review of Transductor
Principle and and Application, IEEE Paper
1023, No: 621.318.42, 1949
[6]
D.E.Johannson,
Telemetering
Application and Operation on Large System,
AIEE Paper no : 60-242, 1960
[7]
A. M. Gibb, New media art, design,
and the Arduino microcontroller: A
malleable tool. PhD thesis, Pratt Institute,
2010
[8]
. D. Mellis, M. Banzi, D. Cuartielles,
and T. Igoe, "Arduino: An open electronic
prototyping platform," in Proc. CHI, vol.
2007, 2007.