PERANCANGAN EMERGENCY UNTUK PENERANGAN DAN TENAGA PADA RUANG STAF BENGKEL LISTRIK DENGAN DUAL INVERTER BERKAPASITAS 1000 WATT LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan Sebagai Syarat Untuk Menyelesaikan Pendidikan Diploma 3 Program Studi Teknik Elektro Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan oleh : BONAR TUA PANJAITAN BOBY KARTA BANGUN NIM : 1105032057 NIM : 1105032056 JONA VARTO SIMAMORA NIM : 1105032074 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI MEDAN 2014
ABSTRAK Perancangan Emergency untuk Penerangan dan Tenaga pada Ruang Staf Bengkel Listrik dengan Dual Inverter Berkapasitas 1000 Watt. Sekarang ini, sering terjadi pemadaman listrik oleh PLN yang secara bergilir. Hal ini mengakibatkan banyak mengganggu kegiatan masyarakat. Untuk menyelesaikan masalah itu, telah dirancang berupa system penyedia tenaga listrik (emergency) saat listrik PLN padam. Perancangan emergency ini telah dibuat dalam Ruangan Staf Bengkel Listrik yang akan menyuplai tenaga listrik DC dari baterai kering yang akan disalurkan ke input inverter dan outputnya akan menyediakan tegangan AC 220 Volt untuk penerangan dan tenaga. Perancangan emergency ini dapat dioperasikan secara manual dan Automatis. Sehingga dapat diaplikasikan untuk kebutuhan suplai penyedia listrik cadangan pada instalasi rumah tinggal. Perancangan emergency ini mempunyai beberapa keunggulan yaitu biaya operasional yang rendah, perawatan system yang sederhana, serta ramah lingkungan. Led. Kata Kunci : Baterai Kering, Charger Automatis, Inverter, Relay dan Lampu
KATA PENGANTAR Puji dan syukur kepada Tuhan yang Maha Esa atas kasih dan Anugerah nya yang memberikan pengetahuan, kesehatan dan kesempatan kepada Penulis sehingga mampu menyelesaikan Tugas Akhir ini. Laporan yang berjudul Perancangan Emergency untuk Penerangan dan Tenaga pada Ruang Staf Bengkel Listrik dengan Dual Inverter Berkapasitas 1000 Watt, disusun sebagai syarat untuk menyelesaikan Program Pendidikan Studi Diploma 3 Program Studi Teknik Listrik Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan. Dalam pembuatan laporan ini, penulis telah banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari pihak,baik berupa material, spiritual, informasi maupun segi administrasi. Oleh sebab itu selayaknya penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak M,Syahruddin, M.T, sebagai Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Bapak Junaidi, S.T, M.T, sebagai ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan. 3. Bapak Gunoro, M.T, selaku Kepala Program Study Teknik Listrik Politeknik Negeri Medan. 4. Bapak Nobert Sitorus, S.T, selaku Kepala Bengkel Teknik Listrik Politeknik Negeri Medan. 5. Bapak Sutan Pardede, M.T, selaku Dosen Pembimbing yang telah memberikan waktu, perhatian, petunjuk, dan arahan serta mengajari penulis dengan sabar dalam pengerjaan Tugas Akhir ini hingga selesai. 6. Bapak Drs Masrul, M.T, sebagai dosen wali kelas EL-6C yang telah banyak memotivasi penulis dalam penyusunan tugas akhir ini dan mengajari banyak hal sehingga penulis memperoleh banyak ilmu. 7. Seluruh dosen dan staf pengajar politeknik Negeri Medan yang telah sabar dalam mengajar selama Penulis kuliah di Politeknik Negeri Medan. 8. Seluruh staf bengkel dan laboratorium Program Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Medan yang telah sabar mengajarkan serta membantu Penulis dalam menyelasaikan Tugas Akhir ini.
9. Buat kedua orangtua serta saudara-saudara kami yang tercinta telah memberikan dukungan baik dalam semangat, nasihat, materi dan terlebih dalam dukungan doa sehingga penulis dapat menyelesaikan Pendidikan Diploma 3 Politeknik Negeri Medan. 10. Buat seluruh teman-teman seperjuangan yang selalu mendukung dan memberikan semangat khusus nya EL-6C dan terkhusus teman-teman dalam kelompok Tugas Akhir. Penulis menyadari bahwa dalam pembuatan tugas akhir ini banyak kekurangan, baik isi maupun dalam tekhnik penulisannya. Maka dari itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun guna penyempurnaan Tugas Akhir ini. Penulis berharap semoga tulisan ini berguna bagi semua pihak yang membaca dan mengembangkannya. Medan, 30 Agustus 2014 Hormat Kami, Penulis
DAFTAR ISI LEMBAR PERSETUJUAN... ii LEMBAR PENGESAHAN... iii ABSTRAK... iv KATA PENGANTAR... v DAFTAR ISI... vii DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR TABEL... xii BAB 1 PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang Masalah... 1 1.2 Batasan Masalah... 2 1.3 Rumusan Masalah... 2 1.4 Maksud dan Tujuan Penulisan... 2 1.5 Manfaat... 2 1.6 Teknik Pengumpulan Data... 3 1.7 Sistematika Pembahasan... 3 BAB II LANDASAN TEORI... 5 2.1. Beterai Kering... 5 2.1.1.Pengertian Baterai Kering... 5 2.2.2.Konstruksi Baterai Kering... 5 2.2.3.Kapasitas Baterai Kering... 7 2.2.4.Ketentuan Pemilihan Baterai... 8 2.2. Charger Automatis... 10 2.2.1.Pengertian Charger Otomatis... 10 2.2.2.Rangkaian dan bagian-bagian Charger Otomatis... 11 2.3. Inverter... 12 2.3.1.Pengertian Inverter... 12 2.3.2.Jenis Jenis Inverter... 12
2.3.3.Jenis-jenis Saklar Elektronika pada Inverter.... 24 2.4. Relay... 26 2.4.1.Pengertian Relay... 26 2.4.2.Prinsip Kerja Relay dan Simbol.... 26 2.4.3.Jenis Jenis Relay... 27 2.5 Lampu Led... 29 2.5.1 Pengertian Lampu Led... 29 2.5.2 Keunggulan Lampu Led... 29 BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN EMERGENCY... 31 3.1 Diagram Blok Perancangan Emergency... 31 3.2 Pemilihan Kapasitas Baterai... 32 3.3 Perancangan Charger Automatis... 33 3.4 Perancangan Inverter... 35 3.5 Gambar Diagram Listrik... 41 3.6 Diskripsi Rangkaian Kerja... 45 3.7 Alat dan Bahan yang Digunakan... 46 3.8 Denah Lokasi Sistem... 48 3.9 Pembuatan Panel Kontrol... 49 3.10 Peletakan Komponen Panel... 51 BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA DATA... 53 4.1. Pengujian Ketahanan Baterai... 53 4.2. Pengujian Pengisian Tegangan Baterai oleh Charger... 59 4.3. Pengujian Gelombang Inverter pada beban R, L, dan RL... 62 4.4. Pengujian Emergency saat posisi Automatis dan Manual... 65 4.5 Analisa Data Pengujian baterai dengan beban penerangan... 67 4.6 Analisa Data Pengujian baterai dengan beban Tenaga... 68 4.8 Analisa data Pengujian Lama pengisian baterai... 69 4.9 Analisa data Pengujian gelombang inverter pada beban R,L, dan RL... 70
BAB V PENUTUP... 73 5.1. Kesimpulan... 73 5.2. Saran... 73 DAFTAR PUSTAKA... 74 LAMPIRAN... 75
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Bentuk Fisik Baterai Kering.... 5 Gambar 2.2 Konstruksi baterai kering.... 5 Gambar 2.3 Cara penyambungan baterai.... 6 Gambar 2.4 Proses pengosongan dan proses pengisian baterai... 6 Gambar 2.5 Bentuk Fisik Charger Automatis... 10 Gambar 2.6 Rangkaian sederhana Charger Automatis.... 11 Gambar 2.7 Bentuk Fisik Inverter.... 12 Gambar 2.8 (a) Rangkaian Inverter Setengah Gelombang, (b) Bentuk Gelombang dari Inverter Setengah Gelombang.... 13 Gambar 2.9 (a) Rangkaian Inverter Gelombang Penuh (b) Bentuk Gelombang dari Inverter Gelombang Penuh.... 14 Gambar 2.10 Single pulse-widht modulation.... 16 Gambar 2.11 Profil Harmonisa dari SPWM.... 17 Gambar 2.12 Multiple pulse widht modulation... 18 Gambar 2.13 Profil Harmonisa dari MPWM.... 19 Gambar 2.14 Sinusoidal pulse-widht modulation.... 20 Gambar 2.15 Profil Harmonisa dari SPWM.... 21 Gambar 2.16 Peak fundamental output voltage.... 21 Gambar 2.17 Modified sinusoidal pulse-widht modulation.... 22 Gambar 2.18 Profil harmonisa dari SPWM.... 22 Gambar 2.19 Phase displacement control.... 23 Gambar 2.20 Bentuk fisik relay... 26 Gambar 2.21 Konstruksi relay... 27 Gambar 2.22 Simbol relay... 27 Gambar 2.23 Relay jenis SPDT... 28 Gambar 2.24 Relay dengan contact lebih dari satu... 28 Gambar 2.25 Bentuk Fisik Lampu LED... 29 Gambar 3.1 Diagram Blok Perancangan Emergency... 31 Gambar 3.2 Komponen-komponen Charger Automatis 20 Amp... 33 Gambar 3.3 Komponen-komponen Inverter 1 fasa.... 35
Gambar 3.4 Rangkaian Inverter Gelombang Penuh... 35 Gambar 3.5 Simbol MOSFET... 36 Gambar 3.6 Kurva Karakteristik MOSFET... 36 Gambar 3.7 bentuk fisik MOSFET... 37 Gambar 3.8 Rangkaian MOSFET Sebagai Saklar Pada Kondisi Cut-Off.... 37 Gambar 3.9 Rangkaian MOSFET Sebagai Saklar Pada Kondisi Saturasi.... 38 Gambar 3.10 Cover Diagram Listrik... 41 Gambar 3.11 Diagram Listrik Page 1... 42 Gambar 3.12 Diagram Listrik Page 2... 43 Gambar 3.13 Diagram Listrik Page 3... 44 Gambar 3.14 Denah Lokasi... 44 Gambar 3.15 Tampak Pintu Panel Kontrol... 50 Gambar 3.16 Tampak Peletakan Komponen pada Panel Kontrol... 52 Gambar 4.1 Rangkaian Pengujian Baterai dengan Beban Penerangan.... 53 Gambar 4.2 Pengukuran tegangan dan arus pada ketahanan baterai dengan beban Penerangan.... 54 Gambar 4.3 Grafik tegangan baterai dan tegangan output inverter pada beban Penerangan.... 54 Gambar 4.4 Grafik Arus Baterai dan Arus Output Inverter pada beban Penerangan.... 56 Gambar 4.5 Pengukuran tegangan dan arus pada ketahanan baterai dengan beban Tenaga.... 56 Gambar 4.6 Grafik tegangan baterai dan tegangan output inverter pada beban tenaga.... 54 Gambar 4.7 Grafik Arus Baterai dan Arus output inverter pada beban Tenaga.... 58 Gambar 4.8 Rangkaian Pengujian Pengisian Baterai oleh Charger Automatis... 60 Gambar 4.9 Pengukuran tegangan dan arus saat pengisian baterai.... 60 Gambar 4.10 Grafik perubahan tegangan pada pengisian baterai.... 61 Gambar 4.11 Grafik perubahan arus pada pengisian baterai... 61 Gambar 4.12 Simbol MOSFET saluran N... 62 Gambar 4.13 Rangkaian Pengujian Gelombang Output Inverter... 63 Gambar 4.14 Pengujian bentuk Gelombang Output Inverter dengan beban R... 63 Gambar 4.15 Pengujian bentuk Gelombang Output Inverter dengan beban L... 64 Gambar 4.16 Pengujian Gelombang Output Inverter dengan beban RL... 64
DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Daftar peralatan yang dipergunakan... 46 Tabel 3.2 Daftar bahan yang digunakan... 47 Tabel 4.1 Hasil pengujian ketahanan Baterai dengan beban Penerangan : 8-08-2014... 55 Tabel 4.2 Hasil pengujian ketahanan Baterai dengan beban Tenaga : 9-08-2014... 57 Table 4.3 Hasil pengujian Saat Lama Pengisian Baterai yaitu : 11-08-2014... 61 Tabel 4.4 Hasil Pengujian Gelombang Inverter : 12-08-2014... 64 Tabel 4.5 Hasil pengujian system saat posisi Automatis dan Manual... 65
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Saat ini, sering terjadi pemadaman listrik oleh PLN yang banyak mengganggu kegiatan masyarakat. Penyediaan sumber tenaga listrik memegang peranan penting dalam berbagai aspek kehidupan. Oleh sebab itu, pasokan tenaga listrik diharapkan dapat tersedia secara terus menerus (kontinyu). Dewasa ini telah ditemukan alat yang sering kita gunakan untuk menghasilkan tenaga listrik ketika terjadi pemadaman listrik oleh PLN. Alat itu merupakan Generator Set atau sering disebut GENSET. Akan tetapi dapat kita lihat bahwa penggunaan genset itu kurang efektif untuk keadaan masyarakat kita. Karena genset menggunakan BBM sebagai bahan bakar yang tidak sedikit dan harga sangat mahal. Genset juga menghasilkan polusi udara dan suara mesin yang sangat bising yang berasal dari getaran mesin genset tersebut. Hal inilah yang mendasari penulis dalam pembuatan Tugas Akhir dengan Judul Perancangan Emergency untuk Penerangan dan Tenaga pada Ruang Staf Bengkel Listrik dengan Dual Inverter Berkapasitas 1000 Watt. Cara kerja perancangan emergency ini pada dasar nya sama dengan Genset yaitu menghasilkan tenaga listrik apabila terjadi pemadaman listrik PLN. Akan Tetapi ada beberapa perbedaan dari perancangan emergency ini dengan genset yaitu : Tidak memiliki biaya opersiaonal karena hanya cukup di charger saat pengisian arus di baterai secara otomatis. Tidak menimbulkan polusi udara. Tidak menimbulkan suara dan getaran yang tinggi. Tidak menggangu siapapun yang ada disekitar nya. Penulis berharap perancangan emergency ini dapat bermanfaat dan digunakan untuk kebutuhan semua orang dari berbagai macam kalangan.
1.2 Batasan Masalah Dalam pembuatan Tugas Akhir ini, penulis akan membatasi beberapa permasalahan yaitu : Tidak membahas secara detail pembuatan baterai. Perancangan emergency ini hanya bekerja sesuai rating daya yang ditentukan oleh penulis. Perancangan emergency ini dapat bekerja secara otomatis tanpa bantuan operator atau alat kendali yang sering digunakan. Penginstalasian emergency ini dilakukan secara terpisah agar tidak mengganggu instalasi yang sudah ada sebelumnya. 1.3 Rumusan Masalah Ada beberapa hal yang menjadi permasalahan dalam pembuatan system penerangan ini yaitu : Pemilihan arus Ah pada baterai yang kita inginkan. Perhitungan daya pada beban penerangan dan tenaga agar dapat disuplay oleh inverter. 1.4 Maksud dan Tujuan Penulisan Maksud dan tujuan dari pembuatan tugas akhir ini adalah : Membantu program pemerintah dalam mencanangkan hemat energy yang ramah lingkungan. Dapat merencanakan Sistem penyediaan energy listrik yang diperlukan dengan kapasitas yang telah ditentukan. Mem-beckup tenaga listrik untuk penerangan dan tenaga pada ruangan staf bengkel listrik. 1.5 Manfaat Beberap kegunaan dan manfaat dari pembuatan Tugas akhir ini yaitu : Perancangan Emergency ini dapat dipergunakan diberbagai tempat yang membutuhkan sumber daya listrik yang sesuai kapasitas dayanya. Memiliki desain dan instalasi yang sederhana.
1.6 Teknik Pengumpulan Data Untuk dapat menyelesaikan proposal tugas akhir ini maka penulis menerapkan beberapa metode studi diantaranya: Metode Pustaka yaitu dengan cara mencari buku referensi di perpustakaan yang berhubungan dengan topik yang dibahas dan melalui internet. Metode Lapangan yaitu survey komponen-komponen yang dibutuhkan. Metode Bimbingan yaitu dengan melakukan diskusi tentang topik proposal tugas akhir ini dengan dosen pembimbing. 1.7 Sistematika Pembahasan Laporan ini ditujukan untuk memaparkan hasil perancangan, perakitan dan pengujian yang telah dibuat. Untuk mempermudah pemahaman, maka penulis menyusun tugas akhir ini dalam beberapa bab yang masing-masing bab mempunyai hubungan yang saling terkait dengan bab yang lain. Hal yang terkandung dalam bab ini adalah sebagai berikut: BAB 1 PENDAHULUAN Dalam bab ini berisikan mengenai Latar Belakang, Rumusan Masalah, Batasan masalah, Tujuan Penulisan, Manfaat, Metode Pengumpulan Data, serta Sistematika Pembahasan. BAB 2 LANDASAN TEORI Dalam bab ini berisi tentang teori singkat dan teori pendukung yang dapat menunjang perancangan dan pembuatan Perancangan Emergency untuk Penerangan dan Tenaga pada Ruang Staf Bengkel Listrik dengan Dual inverter Berkapasitas 1000 Watt. BAB 3 PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM Dalam bab ini berisi tentang diagram blok, perancangan rangkaian, tata cara dan tata letak komponen panel serta denah lokasi penginstalasian Perancangan Emergency untuk Penerangan dan Tenaga pada Ruang Staf Bengkel Listrik dengan Dual Inverter Berkapasitas 1000 Watt.
BAB 4 PENGUJIAN DAN ANALISA Dalam bab ini berisi tentang pengujian dan analisa serta hasil uji coba rangkaian. BAB 5 PENUTUP Dalam bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran dari keseluruhan pembahasan Perancangan Emergency untuk Penerangan dan Tenaga pada Ruang Staf Bengkel Listrik dengan Dual inverter Berkapasitas 1000 Watt.