PERANCANGAN SISTEM CONTROL DAN MONITORIN
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.
Trafo step down yang dipakai di Indonesia umumnya rata-rata antara 100-250kVa. Setiap trafo
mampu membebani dalam range 20-60 rumah konsumen, maka dari itu pihak penyelenggara
listrik akan memperhatikan kinerja trafo, keseimbangan antar fasa harus diperhatikan untuk
menghindari ketidakseimbangan antar fasa yang akan mengakibatkan rusaknya NH Fuse.
Berdasarkan ketidakseimbangan beban tersebut, maka beban travo akan memuncak, setiap lilitan
yang terdapat dikumparan sisi primer atau dikumparan sisi sekunder pada fasa yang ada di travo
akan memanas, mengakibatkan rusaknya setiap lilitan pada fasa yang ada di travo tersebut.
Setiap travo yang akan mengalami overload tidak dapat dihindari, sehingga dapat mengakibatkan
kebakaran, gardu meledak dengan beban lebih atau dikenal dengan overload.
1
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 )
MCCB merupakan perangkat pengaman pada tegangan menengah yang beroperasi secara
otomatis terhadap beban lebih dan hubung singkat. Prinsip kerja yang dimiliki MCCB yaitu
pengaman thermis untuk gangguan arus lebih dan pengaman magnetic untuk gangguan hubung
singkat. Pengaman thermis ini menggunakan bimetal yang terdiri dari dua lempeng logam yang
2
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).
Gambar 5. Shield GSM
3
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
Perangkat input terdiri dari beberapa sensor seperti sensor arus current transformer pada gardu
listrik. Sensor-sensor akan menjadi sumber informasi pada sistem ini. Current transformer yang
menjadi input data ke Arduino masih dalam berbentuk analog. Data yang dibaca oleh Arduino
akan masuk ke pin VCC (5V) sebagai pin inputan, pin Gnd (0V) sebagai pin negatif dan pin A0
sebagai pin pembaca arus current transformer tersebut. Ketika sensor arus menerima tergangan,
4
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
1
2
3
Nama
Arduino
LCD I2C
Sensor Arus
4
5
6
7
8
9
10
Switch
Resistor
Kapasitor
PCB
MCCB
Konektor
Shield Gsm
Jenis
Uno
16x2
Current
Transformer
ON/OFF
10 K
16 V 10µF
Sesuai kebutuhan
100 A
Sesuai kebutuhan
Sesuai kebutuhan
5
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
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 A2. Setiap VDC yang
dikeluarkan oleh CT akan dibaca oleh Arduino dan di konversikan menjadi besaran Amper.
6
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
Tabel 2. Hasil Pin Arduino
7
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
Pengujian aplikasi ini bertujuan untuk mengetahui kinerja perangkat sensor yang ada didalam
gardu listrik. Perancangan IoT merupakan perangkat monitoring, dimana setiap nilai fasa pada
gardu akan dimonitoring diaplikasi ini dan aktifitas gardu akan dikirim ke aplikasi Android
pocket IoT. Aplikasi ini dipergunakan untuk perangkat ponsel smartphone yang tidak dapat
digunakan sebagai aplikasi opensource. Aplikasi ini hanya digunakan untuk perangkat
smartphone yang berhubungan langsung dengan Arduino.
8
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
Perancangan perangkat ini, sensor arus dan Shield GSM 900 telah bekerja sesuai dengan harapan
peneliti, sehingga perangkat dapat menampilkan data arus secara online ke Thingspeak dan
Virtuino. Sensor arus 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 pemakain 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
9
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.
5) Peralatan yang mendukung ke aplikasi Virtuino yang akan memberi keterangan berbunyi
sebagai alarm ketika sudah melampaui batas yang telah dtentukan.
10
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.
Perangin Angin, Abdul Zulkipli., Rozeff Pramana., & Deny Nusyirwan., 2014. Perancangan
perangkat Pendeteksi Ketinggian Air Bak Pembenihan Ikan Nila Berbasis Mikrokontroller
Dan Web, Universitas Maritim Raja Ali Haji, Tanjungpinang.
11
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.
Setiawan, Angga Hidson., Zebua, Osea., Soedjarwanto, Noer., Anggara, Jemi., 2016. Rancang
Bangun Alat Monitoring Ketidakseimbangan Beban Pada Jaringan Tegangan Menengah,
Universitas Lampung, Lampung.
12
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.
Trafo step down yang dipakai di Indonesia umumnya rata-rata antara 100-250kVa. Setiap trafo
mampu membebani dalam range 20-60 rumah konsumen, maka dari itu pihak penyelenggara
listrik akan memperhatikan kinerja trafo, keseimbangan antar fasa harus diperhatikan untuk
menghindari ketidakseimbangan antar fasa yang akan mengakibatkan rusaknya NH Fuse.
Berdasarkan ketidakseimbangan beban tersebut, maka beban travo akan memuncak, setiap lilitan
yang terdapat dikumparan sisi primer atau dikumparan sisi sekunder pada fasa yang ada di travo
akan memanas, mengakibatkan rusaknya setiap lilitan pada fasa yang ada di travo tersebut.
Setiap travo yang akan mengalami overload tidak dapat dihindari, sehingga dapat mengakibatkan
kebakaran, gardu meledak dengan beban lebih atau dikenal dengan overload.
1
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 )
MCCB merupakan perangkat pengaman pada tegangan menengah yang beroperasi secara
otomatis terhadap beban lebih dan hubung singkat. Prinsip kerja yang dimiliki MCCB yaitu
pengaman thermis untuk gangguan arus lebih dan pengaman magnetic untuk gangguan hubung
singkat. Pengaman thermis ini menggunakan bimetal yang terdiri dari dua lempeng logam yang
2
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).
Gambar 5. Shield GSM
3
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
Perangkat input terdiri dari beberapa sensor seperti sensor arus current transformer pada gardu
listrik. Sensor-sensor akan menjadi sumber informasi pada sistem ini. Current transformer yang
menjadi input data ke Arduino masih dalam berbentuk analog. Data yang dibaca oleh Arduino
akan masuk ke pin VCC (5V) sebagai pin inputan, pin Gnd (0V) sebagai pin negatif dan pin A0
sebagai pin pembaca arus current transformer tersebut. Ketika sensor arus menerima tergangan,
4
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
1
2
3
Nama
Arduino
LCD I2C
Sensor Arus
4
5
6
7
8
9
10
Switch
Resistor
Kapasitor
PCB
MCCB
Konektor
Shield Gsm
Jenis
Uno
16x2
Current
Transformer
ON/OFF
10 K
16 V 10µF
Sesuai kebutuhan
100 A
Sesuai kebutuhan
Sesuai kebutuhan
5
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
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 A2. Setiap VDC yang
dikeluarkan oleh CT akan dibaca oleh Arduino dan di konversikan menjadi besaran Amper.
6
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
Tabel 2. Hasil Pin Arduino
7
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
Pengujian aplikasi ini bertujuan untuk mengetahui kinerja perangkat sensor yang ada didalam
gardu listrik. Perancangan IoT merupakan perangkat monitoring, dimana setiap nilai fasa pada
gardu akan dimonitoring diaplikasi ini dan aktifitas gardu akan dikirim ke aplikasi Android
pocket IoT. Aplikasi ini dipergunakan untuk perangkat ponsel smartphone yang tidak dapat
digunakan sebagai aplikasi opensource. Aplikasi ini hanya digunakan untuk perangkat
smartphone yang berhubungan langsung dengan Arduino.
8
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
Perancangan perangkat ini, sensor arus dan Shield GSM 900 telah bekerja sesuai dengan harapan
peneliti, sehingga perangkat dapat menampilkan data arus secara online ke Thingspeak dan
Virtuino. Sensor arus 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 pemakain 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
9
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.
5) Peralatan yang mendukung ke aplikasi Virtuino yang akan memberi keterangan berbunyi
sebagai alarm ketika sudah melampaui batas yang telah dtentukan.
10
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.
Perangin Angin, Abdul Zulkipli., Rozeff Pramana., & Deny Nusyirwan., 2014. Perancangan
perangkat Pendeteksi Ketinggian Air Bak Pembenihan Ikan Nila Berbasis Mikrokontroller
Dan Web, Universitas Maritim Raja Ali Haji, Tanjungpinang.
11
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.
Setiawan, Angga Hidson., Zebua, Osea., Soedjarwanto, Noer., Anggara, Jemi., 2016. Rancang
Bangun Alat Monitoring Ketidakseimbangan Beban Pada Jaringan Tegangan Menengah,
Universitas Lampung, Lampung.
12