RANCANG BANGUN PENCATAT DATA KELISTRIKAN PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO

Transkripsi

1 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan, Vol. 9 No. 2 Desember 2010 : ISSN RANCANG BANGUN PENCATAT DATA KELISTRIKAN PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO Machmud Effendy Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang Jl. Raya Tlogomas 246 Malang machmudeffendy@yahoo.com ABSTRAK Permasalahan yang diambil adalah adanya kegiatan rutin pada pencatatan data kelistrikan secara manual pada setiap PLTMH. Metode rancang bangun yang digunakan meliputi tahap pembuatan hardware dan pembuatan software. Hardware yang digunakan meliputi trafo arus sebagai sensor arus, trafo step down sebagai sensor tegangan, Mikrokontroler 89C51 sebagai pengolah data, sedangkan penyimpanan data menggunakan MMC 512 MB. Pembuatan software dimulai dengan pembuatan flowchart dan pembuatan program sesuai dengan desain flowchart. Software yang digunakan adalah program Borland C++. Teknik analisis data menggunakan analisis data statistik. Penelitian ini menghasilkan sebuah Pencatat Data (Logger) yang dapat digunakan untuk mencatat dan menyimpan data kelistrikan. Periodisasi pencatatan data minimal tiap 1 menit, kapasitas maksimum memori data logger adalah masukan data. Kesalahan alat ukur pencatat data baik secara parsial maupun keseluruhan berada pada rentang 0.37% sampai 3.8%. Rentang kesalahan tersebut masih di bawah standar baku kesalahan 10%. Hal ini jika dibandingkan dengan kalibrator Power Meter Nanovip. Data logger sudah dicoba dan diimplementasikan pada PLTMH Sengkaling. Kata Kunci: Pencatat Data, Data Kelistrikan, PLTMH ABSTRACT The problem was taken because there is a routine activity in recording electricity data manually on each Microhydro Power Plant (MHPP). Methods that is used includes the phase of manufacturing software and hardware. Hardware that is used includes current trafo as a current censor, step down transformer as a voltage censor, microcontroller 89C51 as a data processor, while the data storage uses MMC 512 MB. Software manufacture is begun with making flowchart and program in accordance with flowchart design. The software that is used is Borland C++ program. Moreover, data analysis method uses statistical data analysis. This research results a data recorder (logger) that can be used to record and store electricity data. Periodization of recording data every 1 minute minimum and maximum capacity of data logger memory is 2,130,440 data. In addition, the error of measurement device data recorder either partially or whole is in a distance 0,37% up to 3,8%. Indeed, the error distance is still below basic standard error 10%. If it is compared with calicrator Nanovip power meter. In fact, data logger has been tried and implemented on MHPP Sengkaling. Keywords: Data Logger, Electricity Data, Microhydro Power Plant PENDAHULUAN Latar Belakang Beberapa PLTMH yang sudah dibangun di Indonesia seperti: PLTMH Sengkaling 135

2 136 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan, Vol. 9 No. 2 Desember 2010 : Malang, PLTMH Minggir Sleman Yogyakarta, PLTMH Kombongan Jawa Barat dll, dalam pencatatan parameter listrik seperti tegangan, arus, frekuensi, daya masih menggunakan cara manual, yaitu ditulis diatas kertas setiap satu jam. Sehingga dibutuhkan kedisiplinan operator untuk selalu mencatat perubahan data parameter listrik pada PLTMH. Perekaman data parameter listrik diperlukan manajemen untuk memantau perubahan data kelistrikan PLTMH. Beberapa hal yang menjadi nilai tambah dengan adanya rekaman data kelistrikan tersebut antara lain: a. Pada PLTMH terdapat beberapa parameter mekanik dan elektronik yang harus diketahui besarannya, bahkan harus diketahui perubahannya. b. Dengan mengetahui perubahan parameter elektonik seperti tegangan, arus, frekuensi, dan daya, maka PLTMH yang beroperasi dapat dijaga kestabilannya. c. Data kelistrikan dari waktu ke waktu yang sudah diketahui dapat digunakan untuk: kepentingan manajemen distribusi kelistrikan, mengetahui perilaku variabel kelistrikan, dan optimalisasi pelayanan pelanggan PLTMH. Pencatatan parameter listrik di beberapa PLTMH yang sudah dibangun di Indonesia masih menggunakan cara manual, yaitu ditulis di atas kertas setiap satu jam. Sehingga dibutuhkan kedisiplinan operator untuk selalu mencatat perubahan data parameter listrik pada PLTMH. Pencatatan data kelistrikan otomatis (data logger) juga telah digunakan di PLN mulai dari sisi pembangkit listrik sampai pada gardu induk, namun alat pencatat data kelistrikan yang digunakan PLN masih banyak menggunakan alat sensor kelistrikan berupa power meter, sehingga dari sisi biaya lebih mahal. Berangkat dari beberapa permasalahan diatas, maka diperlukan alat pencatat data kelistrikan yang menggunakan sensor kelistrikan mandiri (buatan lokal), sehingga biaya pembuatannya lebih murah dan apabila ada kerusakan data logger, lebih mudah untuk memperbaiki. METODOLOGI Diagram Alir Penelitian adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 1. Gambar 1. Diagram Alir Penelitian

3 Rancang Bangun Pencatat Data Kelistrikan Pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro 137 Desain Data Logger adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 2. rangkaian multiplexer. Pembuatan Sensor Tegangan Sensor tegangan menggunakan trafo step down, dimana tegangan 220 Volt diubah menjadi 12 Volt. Tegangan 12 Volt AC kemudian di searahkan menggunakan rangkaian penyearah 4). Agar rangkaian ini tidak terbebani dengan rangkaian selanjutnya, maka diberi penyangga (buffer) menggunakan IC LM358. Gambar 2. Diagram Blok Data Logger Pembuatan Sensor Arus Rangkaian sensor arus ditunjukkan pada Gambar 3. Gambar 3. Trafo Arus Generator yang digunakan sebesar 3 PK (2238VA) dengan arus nominal 10A (I1) dan trafo arus yang didesain mempunyai spesifikasi 10A/5A,20VA. Untuk merubah besaran arus menjadi tegangan, dibutuhkan resistansi R yang nilainya maksimalnya sebesar: R = VA/I 2. (1) = 20/5 2 = 0.8 Ω Dalam penelitian ini nilai R dipilih 0.5 Ω. Hasil tegangan yang diperoleh pada R dikuatkan dengan menggunakan rangkaian non inverting amplifier 3). Kemudian tegangan disearahkan menggunakan dioda. Keluaran dari rangkaian penguat akan diumpankan ke Pembuatan Sistem Mikrokontroller Rangkaian sistem mikrokontroller dilengkapi dengan perangkat lunak, yang dapat mengolah input data dari Analog to Digital Converter (ADC) dan selanjutnya diumpankan ke memori eksternal dan Liquid Cristal Display (LCD). ADC akan mengubah sinyal analog ke sinyal digital. Sinyal keluaran dari sensor arus dan sensor tegangan yang berupa sinyal analog akan diubah menjadi besaran digital melalui ADC. Pengubahan sinyal ke besaran digital disebabkan karena Mikrokontroler hanya menerima sinyal digital untuk dapat diolah. ADC yang digunakan adalah ADS7822. Pemilihan ADS7822 didasarkan atas beberapa pertimbangan bahwa jumlah bitnya lebih banyak (12 bit). Rangkaian ADC dapat dilihat pada Gambar 4 berikut ini. Gambar 4. Rangkaian ADC Sebelum masuk dalam rangkaian ADC,

4 138 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan, Vol. 9 No. 2 Desember 2010 : tegangan dimasukkan ke multiplekser. Multiplekser ini digunakan untuk mengubah masukan yang banyak menjadi satu masukan saja. Pada multiplexer, tegangan yang terdiri dari fasa 3 mempunyai masukan berupa tiga tegangan yang akan masuk semuanya ke dalam multiplexer. Multiplexer akan mengatur masukan yang terdiri dari banyak masukan menjadi satu keluaran saja. Multiplekser yang digunakan adalah Multiplekser Keluaran dari multiplexer akan menjadi masukan ADC. Data yang diolah oleh ADC, kemudian masuk ke dalam mikrokontroler. Mikrokontroler yang digunakan adalah Atmel 89C51. Mikrokontroler ini adalah mikrokontroler 128 byte..rangkaian Mikrokontroler AT89C51 dapat dilihat pada Gambar 5 berikut ini. 5) Pada tahap ini, dilakukan perangkaian alat dan pengisian software di microcontroller. Flowchart software yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 6. Mulai Inisialisasi LCD MMC sudah Nilai V1=V2=V3=0 I1=I2=I3=0 Tegangan & Arus sudah Baca tegangan & arus Hitung Cos, f,daya Tampilkan dan simpan V,I,cos,f dan P Apakah Tombol Enter Gambar 5. Rangkaian Mikrokontroller Sebelum digunakan atau dilakukan proses assembling, Mikrokontroler terlebih dahulu diberi program (software) pengolahan data. Setelah diberi atau diisi program pengolah, kemudian dilakukan proses assembling, dirangkai dengan komponen yang lain. Hasil pengolahan data dikirim ke LCD untuk tampilan dan disimpan ke Memori Eksternal (MMC) Pembuatan Software Data Logger A Masukkan Password Tampilkan Menu Utama 1 ditekan? Atur Waktu B

5 Rancang Bangun Pencatat Data Kelistrikan Pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro 139 A 2 ditekan? HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian Sensor Arus Blok diagram pengujian seperti Gambar di bawah ini: Sensor Arus (Voltmeter) B Atur Tanggal Sistem 3 ditekan? Atur Periode Penyimpanan ke MMC 4 ditekan? Atur CT primer dan sekunder 5 ditekan? Atur Password 6 ditekan? Format MMC Ampermeter Gambar 7. Diagram Pengujian Sensor Arus yang digunakan untuk pengujian adalah beberapa bola lampu pijar dengan daya antara 150 W s/d 500 W. Dari hasil pengujian didapatkan seperti pada tabel di bawah ini : Tabel 1. Hasil Pengujian Sensor Arus (Watt) I (A) V (V) Berdasarkan tabel di atas dapat dilihat Gambar grafik sebagai berikut Gambar 6. Diagram Alir software

6 140 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan, Vol. 9 No. 2 Desember 2010 : Gambar 8. Hasil Pengujian Sensor Arus Berdasarkan tabel di atas dapat dilihat Gambar grafik sebagai berikut: Berdasarkan tabel di atas dapat dicari nilai korelasi ganda R 2 = artinya, pergerakan pertambahan daya mengakibatkan perubahan pertambahan arus. Pertambahan nilai tersebut membentuk garis yang mendekati lurus. Artinya, alat sensor arus bekerja dengan baik. Pengujian Rangkaian Penguat Tegangan Blok diagram pengujian seperti Gambar di bawah ini: Keluaran Sensor arus Gambar 9. Pengujian Penguat Tegangan Dari hasil pengujian didapatkan pengukuran sebagai berikut. Tabel 2. Hasil Pengukuran Rangkaian Penguat Tegangan (WATT) Penguat Tegangan Voltmeter I (Ampere) V1 (V) V2 (V) Gambar 10. Pengujian Rangkaian Peguat Tegangan Terlihat bahwa nilai R 2 =0.999 atau mendekati 1. Hasil pengukuran diatas menunjukkan bahwa rangkaian pengkondisi sinyal telah berfungsi sebagai penguat tegangan sebesar 100 kali yang bekerja dengan baik sesuai dengan rencana. Pengujian Sistem Setelah setiap rangkaian diuji dan menghasilkan karakteristik rangkaian yang diharapkan, maka perlu diuji keseluruhan sistem dengan cara menggabungkan seluruh rangkaian mulai dari sensor arus, tegangan dan, rangkaian penguat tegangan. Selanjutnya, juga perlu dilakukan pengujian terhadap hasil kerja

7 Rancang Bangun Pencatat Data Kelistrikan Pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro 141 software untuk menghitung frekuensi, cos phi dan daya. Tabel 3. Hasil Pengujian Seluruh Sistem I (A) Data Logger V PF (V) (Hz) P , Hasil yang ditampilkan di atas merupakan contoh hasil pengambilan data beban lampu pijar pada phase R generator yang dikukur menggunakan alat ukur penacatat data (data logger). Pengukuran Unjuk Kerja Sistem Ketelitian Arus Berdasarkan beban yang ditentukan, unjuk kerja alat data logger dibandingkan dengan alat yang sudah baku. Dalam hal ini digunakan alat pengukur Power Meter Nanovip. Hasil pengukuran dibandingkan dalam tabel, kemudian dilakukan perhitungan tingkat kesalahan pengukuran dengan menggunakan perhitungan error relative 6). Hasilnya adalah sebagai berikut. Tabel 4. Hasil Pengujian Ketelitian Arus Nanovip (I1) Logger (I2) I1I2 Relative Error (I1I2) /I St.Dev % 3.80% Berdasarkan hasil tabel di atas, terlihat bahwa penyimpangan ketelitian sebesar 1.14% atau di bawah 10%. Jika dihitung kesalahan relatif (relative error) diperoleh ratarata sebesar 3.8%. Hal ini menunjukkan bahwa tingkat kesalahan alat termasuk kecil dan dapat digunakan sebagai alat ukur. Ketelitian Tegangan Berdasarkan beban yang ditentukan (beban lampu pijar), unjuk kerja alat data logger dibandingkan dengan alat yang sudah baku. Dalam hal ini digunakan alat pengukur Power Meter Nanovip. Hasil pengukuran dibandingkan dalam tabel, kemudian dilakukan perhitungan tiingkat kesalahan pengukuran dengan menggunakan standar deviasi. Hasilnya adalah sebagai berikut. Tabel 5. Hasil Unjuk kerja Ketelitian Tegangan Nanovip (V1) Logger (V2) V1V2 Relative Error (V1V2) /V

8 142 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan, Vol. 9 No. 2 Desember 2010 : StDev % 1.34% Berdasarkan hasil tabel di atas, terlihat bahwa penyimpangan ketelitian sebesar 8.32% atau di bawah 10%. Jika dihitung kesalahan relatif (relative error), maka didapatkan ratarata kesalahan relatif (relative error) sebesar 1.34%. Hal ini menunjukkan bahwa tingkat kesalahan alat termasuk kecil dan dapat digunakan sebagai alat ukur. Ketelitian Daya Berdasarkan beban yang ditentukan (beban lampu pijar), unjuk kerja alat data logger dibandingkan dengan alat yang sudah baku. Dalam hal ini digunakan alat pengukur Power Meter Nanovip. Hasil pengukuran dibandingkan dalam tabel, kemudian dilakukan perhitungan tiingkat kesalahan pengukuran dengan menggunakan standar deviasi. Hasilnya adalah sebabagi berikut. Tabel 6. Hasil Unjuk kerja Ketelitian Daya Nanovip (P1) Logger (P2) P1P2 Relative Error (P1P2) /P StDev % 0.85% Berdasarkan hasil tabel di atas, terlihat bahwa penyimpangan ketelitian sebesar 9.84% atau di bawah 10%. Jika dihitung kesalahan relatif (relative error), maka didapatkan ratarata kesalahan sebesar 0.85%. Hal ini menunjukkan bahwa tingkat kesalahan alat termasuk kecil dan dapat digunakan sebagai alat ukur. Ketelitian Frekuensi Berdasarkan beban yang ditentukan (beban lampu pijar), unjuk kerja alat data logger dibandingkan dengan alat yang sudah baku. Dalam hal ini digunakan alat pengukur Power Meter Nanovip. Hasil pengukuran dibandingkan dalam tabel, kemudian dilakukan perhitungan tiingkat kesalahan pengukuran dengan menggunakan standar deviasi. Hasilnya adalah sebagai berikut. Tabel 7. Hasil Ketelitian Frekuensi Nanovip (f1) Logger (f2) f1f2 Error (f1f2) /f StDev % 0.37%

9 Rancang Bangun Pencatat Data Kelistrikan Pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro 143 Berdasarkan hasil tabel di atas, terlihat bahwa penyimpangan ketelitian sebesar 1.88% atau di bawah 10%. Jika dihitung menggunakan kesalahan relatif (relative error), didapatkan ratarata kesalahan relatif (relative error) sebesar 0.37%. Hal ini menunjukkan bahwa tingkat kesalahan alat termasuk kecil dan dapat digunakan sebagai alat ukur Implementasi Data Logger di PLTMH Sengkaling Penggunaan data logger di PLTMH Sengkaling dilakukan pada tanggal 2 Februari Pemilihan PLTMH Sengkaling didasarkan pada pertimbangan: PLTMH Sengkaling didesain untuk laboratorium penelitian oleh BALITBANG (Badan Litbang) ESDM, panel kontrol dipisahkan antara yang terkoneksi dengan PLN dan stand alone. Hasil implementasi pada PLTMH Sengkaling disajikan pada tabel berikut ini. Tabel 8. Hasil Implementasi di PLTMH Sengkaling Date Time V1(V) I1(A) P1(watt) PF Freq(Hz) 02/02/09 09: /02/09 09: /02/09 09: /02/09 09: /02/09 09: /02/09 09: /02/09 09: /02/09 09: /02/09 09: /02/09 09: /02/09 09: /02/09 09: /02/09 09: /02/09 09: /02/09 09: /02/09 09: /02/09 09: /02/09 09: /02/09 09: /02/09 09: Hasil tampilan data pada data logger dapat diuji tingkat kesalahannya dibandingkan dengan rumus: P = V x I x cos phi 7)... (1) Perhitungan tingkat ketelitian dilakukan dengan uji beda standar deviasi sebagai berikut: Tabel 9. Uji Ketelitian Daya Antara Logger (P1) dengan Alat Ukur NanoVip (P2) P1 P P1 P2 Error Rel. P1 P2 / P

10 144 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan, Vol. 9 No. 2 Desember 2010 : STDev % % Berdasarkan tabel di atas terlihat bahwa tingkat kesalahan hanya 0.51% untuk daya yang ditampilkan. Jika dihitung kesalahan relatif, diperoleh ratarata sebesar 0.14%. Hal ini menunjukkan bahwa tampilan data logger sesuai dengan rumus secara teori. Tingkat ketelitian yang tinggi ini disebabkan karena pengolahan data P menggunakan software. Kesalahan yang terjadi hanya disebabkan masalah pembulatan angka desimal saja. Perhitungan Periodisasi Pencatatan dan Kapasitas Memori MMC. Periodisasi penyimpanan data dalam MMC ditentukan minimal setiap 1 menit sekali, hal ini dimaksudkan karena penyimpanan di bawah 1 menit tingkat kesalahannya relatif tinggi (lebih dari 1%). Sedangkan satu data kelistrikan yang tersimpan dalam MMC sebesar 252 bytes, sehingga dengan menggunakan MMC sebesar 512 MB, maka data yang dapat disimpan dalam MMC maksimal sebesar data. Pembahasan 1. Penyebab Kekurangtelitian Data Logger. Berbagai perbedaan yang terjadi antara data yang ditunjukkan oleh Data Logger dibandingkan dengan Power Meter Nanovip dimungkinkan karena (a) komponen yang ada di pasar sangat terbatas atau tidak ideal. (b) proses pensolderan atau pengkabelan yang menggunakan proses panas. Hal ini dimungkinkan dapat berpengaruh terhadap komponen. 2. Efektifitas Data Logger dibandingkan dengan Pencatatan Data Manual. Data logger membantu mencatat data kelistrikan secara periodik dan otomatis. Data logger hanya memerlukan seting awal oleh petugas dan setelah itu dapat melakukan tugas sendiri untuk mencatat data kelistrikan. Data loger tidak memerlukan alat pencatat manual seperti kertas, alat tulis yang pasti memerlukan ruang dan waktu untuk mengolah menjadi data yang lebih informatif. Data logger hanya memerlukan sedikit modifikasi apabila akan melakukan pengolahan data menjadi bentuk grafik dengan bantuan komputer. Dengan demikian, penggunaan data logger sangat efektif dalam melakukan pekerjaan mencatat, menyimpan data dan mengolah data dalam bentuk angka dan grafik secara cepat dan rapi. Pengolahan data secara manual memerlukan tenaga manusia yang rutin dan terus menerus sepanjang waktu untuk mencatat data kelistrikan. Selain menghemat biaya, penggunaan data logger juga menghemat waktu kerja, sebab dalam waktu singkat, data logger akan melakukan pencatatan dan perekaman data secara cepat dan tepat. Dengan demikian, data loger efisien untuk digunakan dalam membantu manajemen dalam menjamin mutu tenaga kelistrikan.

11 Rancang Bangun Pencatat Data Kelistrikan Pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro 145 Perhitungan Periodisasi Pencatatan dan Kapasitas Memori MMC. Periodisasi penyimpanan data dalam MMC ditentukan minimal setiap 1 menit sekali, hal ini dimaksudkan karena penyimpanan di bawah 1 menit tingkat kesalahannya KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Setelah memperhatikan hasil analisis data yang dilakukan, dapat disimpulkan hal hal sebagai berikut. 1. Data logger kelistrikan berhasil dirancang dengan spesifikasi sebagai berikut: Periodisasi pencatatan data minimal tiap 1 menit, kapasitas maksimum memori data logger adalah masukan data. 2. Data logger ini memiliki ketelitian yang cukup baik. Hal ini dibuktikan dengan tingkat kesalahan masingmasing parameter berada pada rentang 0.37% sampai 3.8%. Rentang kesalahan tersebut masih di bawah standar baku kesalahan 10%. DAFTAR ACUAN [1] Marsudi, Djiteng Operasi Sistem Tenaga Listrik. Yogyakarta: Graha Ilmu. [2] Chooper William D., Instrumentasi Elektronik dan Teknik Pengukuran, Jakarta: Erlangga. [3] Robert F. Coughlin and FrederickF. Driscoll, 1982, Operational Amplifiers and Linier Integrated Circuits, McGraw Hill, Inc. [4] Blocher, Richard Dasar Elektronika. Yogyakarta: ANDI [5] Putra, Agfianto Eko Belajar Mikrokontroler AT89C51/52/55. Yogyakarta: Gaya Media [6] Sujono, Ilmuilmu Statistika Untuk Teknik,Jakarta: Erlangga,1999. [7] Zuhal, DasarTeknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. Jakarta. Saran Data logger dalam penelitian ini hanya dapat digunakan untuk MMC 512 MB, sehingga diperlukan penelitian lanjutan untuk dapat menggunakan MMC lebih dari 512 MB. Periodisasi penyimpanan data minimal 1 menit, perlu dikembangkan lebih lanjut, agar data looger mampu menyimpan data kurang dari 1 menit.