RANCANG BANGUN PENYEIMBANGAN ARUS BEBAN PADA SISTEM 3 FASA MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ATMEGA 2560

Transkripsi

1 SKRIPSI RANCANG BANGUN PENYEIMBANGAN ARUS BEBAN PADA SISTEM 3 FASA MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ATMEGA 2560 AGUS MARDIANA PUTRA JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2016

2 SKRIPSI RANCANG BANGUN PENYEIMBANGAN ARUS BEBAN PADA SISTEM 3 FASA MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ATMEGA 2560 AGUS MARDIANA PUTRA NIM JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2016

3 RANCANG BANGUN PENYEIMBANGAN ARUS BEBAN PADA SISTEM 3 FASA MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ATMEGA 2560 Tugas Akhir Ini Diajukan sebagai Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana S1 (Starata1) Pada Jurusan Teknik Elektro dan Komputer Fakultas Teknik Universitas Udayana AGUS MARDIANA PUTRA NIM JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2016 ii

4

5

6 UCAPAN TERIMA KASIH Om Swastyastu, puja dan puji syukur penulis panjatkan kehadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa / Tuhan Yang Maha Esa karena berkat asung kertha wara nugraha-nya penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul Rancang Bangun Penyeimbangan Arus Beban pada Sistem 3 Fase menggunakan Mikrokontroler ATMEGA 2560 ini dengan baik. Skripsi ini disusun guna memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaiakan pendidikan sarjana strata satu (S1) Jurusan Teknik Elektro dan Komputer Fakultas Teknik Universitas Udayana. Saat penyususan proposal ini, penulis banyak memperoleh petunjuk dan bimbingan dari berbagai pihak. Oleh sebab itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada Bapak Prof. Ir. Ngakan Putu Gede Suardana, M.T., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana yang telah memberikan kesempatan bagi penulis bergabung dalam civitas akademika Fakultas Teknik Universitas Udayana. Bapak Wayan Gede Ariastina, S.T., M.Eng.Sc., Ph.D. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro dan Komputer Fakultas Teknik Universitas Udayana yang telah memberikan kesempatan untuk menggunakan seluruh fasilitas yang ada di Jurusan Teknik Elektro dan Komputer Fakultas Teknik Universitas Udayana. Bapak I Gusti Agung Komang Diafari Djuni H, ST., MT. selaku Pembimbing Akademik yang telah memberikan motivasi dan pengarahan mengenai informasi yang berkaitan dengan akademik selama penulis menempuh perkuliahan. Bapak Ir. Cok Gede Indra Partha, M.Erg., MT. selaku Dosen Pembimbing 1 yang telah memberikan arahan dan saran-saran dalam penyusunan skripsi ini. Bapak Ir. I Nyoman Budiastra, M.Kes., MT. selaku Dosen Pembimbing 2 yang telah memberikan arahan dan saran-saran dalam penyusunan skripsi ini. Pada kesempatan ini penulis juga menyampaikan terima kasih yang tulus disertai penghargaan kepada Bapak, Ibu, Adik dan Saudara yang telah memberikan dukungan moril dalam pennyusunan skripsi. Teman-teman Elektro 2012 yang senantiasa menghibur, memberikan semangat dan masukkan dalam pengerjaan skripsi ini. Serta semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu. v

7 Penulis menyadari bahwa dalam skripsi ini masih banyak kekurangnnya. Maka dari pada itu penulis mengharapkan saran dan kritik demi sempurnanya laporan ini. Akhir kata penulis mohon maaf apabila ada kesalah penulisan nama maupun kata-kata sehingga dapat menyinggung perasaan pembaca. Bukit Jimbaran, Juni 2016 Penulis vi

8 ABSTRAK Rancang bangun penyeimbangan arus beban pada sistem 3 fasa menggunakan mikrokontroler ATMega 2560 merupakan suatu alat yang berfungsi untuk mengurangi rugi daya. Rugi daya akibat ketidakseimbangan arus beban adanya arus mengalir ke fasa netral pada sistem 3 fasa. Arus mengalir ke fasa netral di trafo distribusi menjadi kerugian bagi PT.PLN (Persero) karena daya terbuang ke bumi dan tidak dapat digunakan oleh konsumen. Sehingga alat ini akan menyeimbangkan arus beban untuk mengurangi nilai arus netral. Alat ini juga dilengkapi dengan sistem monitoring yang menampilkan besarnya arus tiap fasa termasuk fasa netral. Metode dalam pembuatan alat ini dibagi menjadi dua bagian yaitu pertama perancangan perangkat keras (hardware) terdiri dari perancangan komponen elektronika yang digunakan dengan rangkaian sensor arus, relay, LCD (Liquid Crystal Display) dan yang lainya. Kedua, perancangan perangkat lunak (software) berupa program kerja alat termasuk program monitoring menampilkan arus tiap fasa pada LCD menggunakan Arduino IDE. Sensor arus menggunakan SCT , output dari sensor arus dihubungkan dengan pin ADC (Analog to Digital Converter) mikrokontroler ATMega Selanjutnya mikrokontroler mengolah data dan menghasilkan nilai arus yang ditampilkan pada LCD. Hasil pengolahan selain nilai arus berupa perintah untuk mengaktifkan atau menonaktifkan relay yang menghubungkan sumber 3 fasa dengan beban 1 fasa. Hasil dari pengujian rancang bangun penyeimbang arus beban pada sistem 3 fasa menggunakan mikrokontroler ATMega 2560 berhasil karena alat melakukan penyeimbangan arus beban dengan memindahkan saluran beban dari urutan nomor beban terkecil yang tersambung ke fasa dengan arus beban terbesar menuju fasa yang memiliki arus beban terkecil ketika arus netral melebihi batas yang diijinkan. Pada situasi ini arus netral tidak mungkin bernilai nol. Fakta arus maksimun untuk fasa netral bagi PT.PLN (Persero) sebesar 50 ampere dikalibrasi menjadi 1 ampere dan digunakan sebagai batas pada prototype ini. Jika arus netral pada monitoring LCD melebihi 1 ampere maka akan dilakukan penyeimbangan arus beban. Hasil pengukuran nilai sensor arus yang ditampilkan pada sistem monitoring mendekati hasil pengukuran menggunakan tang ampere. Kata kunci : Penyeimbangan arus beban, sistem monitoring, SCT , mikrokontroler ATMega 2560, saluran beban, arus netral. vii

9 ABSTRACT The design of balancing the load current on three-phase systems using a microcontroller ATMega 2560 is a tool that serves to reduce the power loss. Power loss due to the load current unbalance the current flows in the neutral phase on three-phase systems. Current flows in the neutral phase distribution transformer into a detriment to PT. PLN (Persero) for the power lost to the earth and can not be used by consumers. So that it will balanced the load current to reduce the value of neutral current. The tool is also equipped with a monitoring systems that displays current magnitude of each phase including the neutral phase. The methods in making this tool is divided into two parts: first, the design of hardware consist of designing electronic components which are used by the current sensor circuits, relay, LCD (Liquid Crystal Display) etc. Second, the design of software is a tool listing program procedure including the monitoring program displays the current of each phase on LCD using the Arduino IDE. SCT current sensor used, the output of the current sensor is connected to the pin ADC (Analog to Digital Converter) microcontroller ATMega Then microcontroller process the data and generate a current value displayed on the LCD. The other result of processing current value is a command to enable or disable the relay that connects three-phase resource with single-phase loads. The result of the test design of balancing load current on three-phase system using a microcontroller ATMega 2560 succeed balancing the load current by moving the channel load of sequence number load the smallest connected to the phase with the current biggest load toward a phase that has a load current smallest when neutral current exceeds the limit is permitted. In this situation the neutral current will not be possible be zero. In fact the maximum current value for the neutral phase for PT. PLN (Persero) 50 amperes calibrated to 1 ampere and is used as a limit on this prototype. If the neutral current on LCD monitor exceeds 1 ampere, then there will be balancing of the load current. The current sensor measurement result are displayed on a monitoring approach measurement result using pliers ampere. Keywords : Balancing load current, monitoring system, SCT , microcontroller ATMega 2560, channel load, neutral phase current. viii

10 DAFTAR ISI Halaman SAMPUL DALAM i PRASYARAT GELAR ii LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS iii LEMBAR PENGESAHAN iv UCAPAN TERIMA KASIH v ABSTRAK vii ABSTRACT viii DAFTAR ISI ix DAFTAR TABEL xii DAFTAR GAMBAR xiii DAFTAR ARTI LAMBANG, SINGKATAN DAN ISTILAH xv DAFTAR LAMPIRAN xvi BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Batasan Masalah 3 BAB II KAJIAN PUSTAKA Tinjauan Mutakhir Saluran Jaringan Tegangan Rendah Penyeimbangan Arus Beban pada Sistem 3 Fasa Blok Diagram Hardware Mikrokontroler arduino Arduino Mega 2560 R Arduino IDE Sensor Arus SCT Transistor 11 ix

11 2.4.4 Relay LCD (Liquid Crystal Display) Transformator Dioda Kapasitor Regulator Tegangan 17 BAB III METODE PENELITIAN Lokasi dan Waktu Penelitian Data Sumber data Jenis data Metode pengumpulan data Bahan Peralatan Kerja Langkah Penelitian Pemodelan Sistem Metode Perancangan Rancang Bangun Penyeimbangan Arus Beban pada Sistem 3 Fasa menggunakan Mikrokontroler ATMEGA Perancangan perangkat keras Perancangan rangkaian catu daya Perancangan rangkaian driver relay Perancangan rangkaian sensor arus perancangan rangkaian LCD Perancangan rangkaian mikrokontroler Perancangan perangkat lunak Alur kerja switching beban pada sistem 3 fasa 32 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Proses Penyeimbangan Arus Beban pada Sistem 3 Fasa menggunakan Mikrokontroler ATMega Hasil Perancangan Penjelasan gambar blok rangkaian penyeimbangan arus beban 35 x

12 4.2.2 Penjelasan gambar blok pemodelan beban pada sistem 3 fasa Pengujian dan Pembahasan Hasil Perancangan Pengujian dan pembahasan rangkaian catu daya Pengujian dan pembahasan rangkaian LCD (Liquid Crystal Display) Pengujian dan pembahasan rangkaian driver relay Pengujian dan pembahasan rangkaian sensor arus pengujian dan pembahasan rangkaian mikrokontroler Pengujian Keseluruhan Sistem Pengujian penyeimbangan arus beban dengan arus beban terbesar pada fasa R Pengujian dengan arus beban terkecil pada fasa S Pengujian dengan arus beban terkecil pada fasa T Pengujian penyeimbangan arus beban dengan arus beban terbesar pada fasa S Pengujian dengan arus beban terkecil pada fasa R Pengujian dengan arus beban terkecil pada fasa T Pengujian penyeimbangan arus beban dengan arus beban terbesar pada fasa T Pengujian dengan arus beban terkecil pada fasa R Pengujian dengan arus beban terkecil pada fasa S Hasil Pengujian Keseluruhan Sistem 64 BAB V SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Saran 70 DAFTAR PUSTAKA 71 LAMPIRAN xi

13 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 4.1 Pengukuran Tegangan Keluaran Catu Daya 38 Tabel 4.2 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa R dan Arus Beban Terkecil pada Fasa S 49 Tabel 4.3 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa R dan Arus Beban Terkecil pada Fasa S 51 Tabel 4.4 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa R dan Arus Beban Terkecil pada Fasa T 52 Tabel 4.5 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa R dan Arus Beban Terkecil pada Fasa T 53 Tabel 4.6 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa S dan Arus Beban Terkecil pada Fasa R 55 Tabel 4.7 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa S dan Arus Beban Terkecil pada Fasa R 56 Tabel 4.8 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa S dan Arus Beban Terkecil pada Fasa T 57 Tabel 4.9 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa S dan Arus Beban Terkecil pada Fasa T 59 Tabel 4.10 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa T dan Arus Beban Terkecil pada Fasa R 60 Tabel 4.11 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa T dan Arus Beban Terkecil pada Fasa R 61 Tabel 4.12 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa T dan Arus Beban Terkecil pada Fasa S 62 Tabel 4.13 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa T dan Arus Beban Terkecil pada Fasa S 64 Tabel 4.14 Hasil Pengujian Arus Beban Terbesar pada Fasa R 65 Tabel 4.15 Hasil Pengujian Arus Beban Terbesar pada Fasa S 66 Tabel 4.16 Hasil Pengujian Arus Beban Terbesar pada Fasa T 67 xii

14 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Line Diagram Gardu Distribusi 5 Gambar 2.2 Blok Diagram Rangkaian 7 Gambar 2.3 Arduino Mega Gambar 2.4 Skema Transformator Arus 10 Gambar 2.5 Sensor Arus SCT Gambar 2.6 Simbol Transistor 12 Gambar 2.7 Rangkaian Transistor Sebagai Saklar 13 Gambar 2.8 LCD 16 x 2 Display 14 Gambar 2.9 Regulator Tegangan 17 Gambar 3.1 Alur Prosedur Penelitian 20 Gambar 3.2 Pemodelan Sistem 21 Gambar 3.3 Blok Diagram Rangkaian 22 Gambar 3.4 Rangkaian Catu Daya 23 Gambar 3.5 Rangkaian Driver Relay 24 Gambar 3.6 Rangkaian Sensor Arus SCT Gambar 3.7 Rangkaian LCD 16x2 25 Gambar 3.8 Flowchart Program Utama 27 Gambar 3.9 Flowchart Program Utama sub-1 28 Gambar 3.10 Flowchart Program Utama sub-2 29 Gambar 3.11 Flowchart Program Utama sub-3 30 Gambar 3.12 Alur Kerja Penyeimbangan Beban 32 Gambar 4.1 Realisasi Hasil Perancangan 35 Gambar 4.2 Blok Diagram Pengujian Rangkaian Catu Daya 38 Gambar 4.3 Blok Diagram Pengujian Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display) 39 Gambar 4.4 Pengujian Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display) 41 Gambar 4.5 Blok Diagram Pengujian Rangkaian Driver Relay 41 Gambar 4.6 Pengujian Driver Relay 44 Gambar 4.7 Blok Diagram Pengujian Rangkaian Sensor Arus 45 xiii

15 Gambar 4.8 Pengujian Sensor Arus 46 Gambar 4.9 Blok Diagram Pengujian Rangkaian Mikrokontroler 47 Gambar 4.10 Monitor Pengujian Rangkaian Mikrokontroler 48 Gambar 4.11 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa R dan Arus Beban Terkecil pada Fasa S 50 Gambar 4.12 Penambahan Beban pada Fasa R dengan Arus Beban Terbesar pada Fasa R dan Arus Beban Terkecil pada Fasa S 50 Gambar 4.13 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa R dan Arus Beban Terkecil pada Fasa S 51 Gambar 4.14 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa R dan Arus Beban Terkecil pada Fasa T 52 Gambar 4.15 Penambahan Beban pada Fasa R dengan Arus Beban Terbesar pada Fasa R dan Arus Beban Terkecil pada Fasa T 53 Gambar 4.16 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa R dan Arus Beban Terkecil pada Fasa T 54 Gambar 4.17 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa S dan Arus Beban Terkecil pada Fasa R 55 Gambar 4.18 Penambahan Beban pada Fasa S dengan Arus Beban Terbesar pada Fasa S dan Arus Beban Terkecil pada Fasa R 56 Gambar 4.19 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa S dan Arus Beban Terkecil pada Fasa R 57 Gambar 4.20 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa S dan Arus Beban Terkecil pada Fasa T 58 Gambar 4.21 Penambahan Beban pada Fasa S dengan Arus Beban Terbesar pada Fasa S dan Arus Beban Terkecil pada Fasa T 58 Gambar 4.22 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa S dan Arus Beban Terkecil pada Fasa T 59 Gambar 4.23 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa T dan Arus Beban Terkecil pada Fasa R 60 Gambar 4.24 Penambahan Beban pada Fasa T dengan Arus Beban Terbesar pada Fasa T dan Arus Beban Terkecil pada Fasa R 61 xiv

16 Gambar 4.25 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa T dan Arus Beban Terkecil pada Fasa R 62 Gambar 4.26 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa T dan Arus Beban Terkecil pada Fasa S 63 Gambar 4.27 Penambahan Beban pada Fasa T dengan Arus Beban Terbesar pada Fasa T dan Arus Beban Terkecil pada Fasa S 63 Gambar 4.28 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa T dan Arus Beban Terkecil pada Fasa S 64 xv

17 DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG AC ACS ADC DC DPDT DPST FCO GND GPRS GSM IC IDE JTR LA LED LCD NC NO PCB PHB PLN RISC SCT SLTR SPDT SPST SUTM = Alternating Curent = Alternating Curent Sensor = Analog to Digital Converter = Direct Current = Double Pole Double Throw = Double Pole Single Throw = Fuse Cut Out = Ground = General Packet Radio Service = Global System For Mobile Communication = Integrated Circuit = Integrated Development Environment = Jaringan Tegangan Rendah = Lightning Arrester = Light Emitting Diode = Liquid Crystal Display = Normally Close = Normally Open = Printing Circuit Board = Panel Hubung Bagi = Perusahaan Listrik Negara = Reduced Intrution Set Computer = Split-core Current Transformer = Saluran Listrik Tegangan Rendah = Single Pole Double Throw = Single Pole Single Throw = Saluran Udara Tegangan Menengah xvi

18 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1: Biodata 73 Lampiran 2: Jadwal Kegiatan 74 Lampiran 3: Daftar Anggaran Biaya 75 Lampiran 4: Data Sheet Arduino Mega 2560 R3 77 Lampiran 5: Data Sheet LCD 16x2 85 Lampiran 6: Data Sheet Relay 93 Lampiran 7: Data Sheet LED 95 Lampiran 8: Data Sheet TIP Lampiran 9: Data Sheet SCT xvii