PENELITIAN JALA-JALA LISTRIK SEBAGAI MEDIA TRANSMISI oleh Desiy Budi Santosa NIM : 612009709 Skripsi Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga 2014
INTISARI Jala-jala kabel listrik memiliki fungsi utama untuk menyalurkan energi listrik bertegangan 220 V pada frekuensi 50 Hz.Dalam perkembangnya jala-jala listrik dapat dimanfaatkan sebagai media komunikasi untuk mengirimkan sinyal informasi dengan metode modulasi frekuensi. Tujuan tugas akhir ini adalah meneliti jala-jala listrik 220V/50Hz yang dapat digunakan sebagai media transmisi dengan modulasi frekuensi sinyal sinus. Pengukuran jala-jala listrik 220 V/50 Hz untuk media transmisi dilakukan dengan metode modulasi frekuensi dengan sinyal informasi yang dikirimkan berupa sinyal sinus dari frekuensi 200 Hz, 500 Hz, 1000 Hz, dan 10.000 Hz. Untuk pengukuran jarak media transmisi di variasi dari 5 meter, 10 meter, 15 meter dan 20 meter. Frekuensi pembawa tiap jarak berbeda-beda yaitu dari 250 khz, 350 khz dan 450 khz. Pada pengukuran jala-jala listrik terdapat beban induktif dan beban resistif. Hasil dari penelitian ini diantaranya jala-jala listrik yang diuji pada jarak yang dekat dapat mengirimkan sinyal dengan baik. Namun untuk jarak yang semakin jauh, kualitas sinyal semakin turun. Hal ini pengaruh terdapatnya beban pada jala-jala dan alat yang digunakan dalam pengujian. i
ABSTRACT The media nets power line have the main function to distribute electric energy with 220 v on 50 Hz frequency. In development grid can be used as communication medium to transmit information signal with frequency modulation method. The goal of the final projectis to do research on media nets power electricity 220V/50 Hz which can be used as transmission media with sinus frequency signal modulation. Measurement of the media nets power line 220v/50 Hz for transmision media using frequency modulation method with information signal send as sinus signal from 200 Hz, 500 Hz, 1000 Hz, dan 10.000 Hz. For the measurement ofthe variationin thetransmissionmediumdistanceof 5meters, 10meters,15 meters and20meters. carrier frequency that varies from 250 khz, 350 khz and 450 khz. In the measurement there are inductive load and resistive load. The result of this research is the media nets power line that have being tested at closer range deliver better signal. But, when it is getting far,the signal quality is getting down. It is because there is load on the media nets power line and tools that being used on research. ii
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur penulis haturkan kepada Tuhan Yesus Kristus karena begitu besar Kasih dan Karunia-Nya yang diberikan kepada penulis,sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini sebagai syarat memperoleh ijazah Sarjana Teknik Elektro Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga. Semua usaha yang penulis lakukan tentu tidak akan berarti tanpa doa, bantuan, dorongan serta bimbingan dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Papa dan Mama untuk seluruh kasih sayang, perhatian, doa dan dukungan yang telah diberikan terutama selama kuliah dan skripsi. 2. BapakIr. Budihardja Murtianta, M.Eng dan ibu Eva Yovita Dwi Utami, MTyang meluangkan waktu dalam membimbing dan memberikan saran ke arah yang lebih baik. 3. Seluruh tenaga pengajar FTJE-UKSW yang telah memberikan bekal ilmu dan bimbingan kepada penulis selama mengikuti perkuliahan. 4. Teman-teman seperjuangan di Elektro yang telah banyak membantu, khusus nya angota fosil yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. 5. Gembala Gereja Semarang Ps. Bernard Samuel danps. Anita Veronica yang selalu memberikan dukungan. 6. Seluruh fulltimer GMS Semarang yang telah memberikan mendukung dan memberi saran selama skripsi. 7. Rekan-rekan CG AIUEO, terima kasih yang selalu mendukung dan mendoakan iii
8. Teman-teman MULTIMEDIA GMS Tower Of Victory yang telah memberikan dukungan doa dan semangat. Teman-teman MULTIMEDIA GMS Tower Of Victory yang telah memberikan dukungan doa dan semangat. 9. Semua pihak yang telah membantu penulis, mungkin tidak disebutkan disini karena keterbatasan ruang, untuk itu penulis memohon maaf yang sebesar besarnya. Akhir kata, penulis menyadari bahwa masih terdapat banyak kekurangan dalam skripsi ini, oleh sebab itu kritik dan saran yang membangun dari para pembaca sangat diharapkan untuk perkembangan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi siapapun yang berkenan membacanya. Terima kasih semoga Tuhan selalu memberkati kita semua. Salatiga, April 2014 Desiy Budi Santosa iv
DAFTAR ISI INTISARI i ABSTRACT ii KATA PENGANTAR iii DAFTAR ISI v DAFTAR GAMBAR vii DAFTAR TABEL ix DAFTAR SIMBOL x DAFTAR SINGKATAN xi BAB I. PENDAHULUAN 1 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Tujuan 1 1.3 Hipotesis 2 1.4 Spesifikasi Penelitian 2 1.5 Sistematika Penulisan 2 BAB II. DASAR TEORI 4 2.1. Modulasi FM 4 2.2. Media Transmisi 5 2.3. Gangguan Transmisi 6 2.3.1. Atenuasi 6 2.3.2. Distorsi 6 2.3.3. Noise 7 2.4. Total Harmonic Distortion (THD) 7 2.5. Karakteristik Beban Pada Arus Listrik Bolak-Balik (AC) 8 2.5.1. Beban Resistif (R) 8 2.5.2. Beban Induktif (L) 9 BAB III. METODE PENELITIAN 11 3.1. Sinyal Informasi 11 3.2. Bagian Pengirim 11 3.3. Bagian Penerima 14 3.4. Gambaran sistem 17 v
3.5. Teknik Pengujian 18 3.6. Peralatan yang digunakan 19 3.7. Metode Pengumpulan Data 19 3.7.1. Pengujian Tegangan terhadap fungsi jarak 19 3.7.2. Pengujian THD Pada kondisi tanpa beban dan terbeban 20 3.7.3. Indek Harmonik 20 3.7.4. Batas Distorsi Harmonik 21 BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISIS 23 4.1. Pengujian Tegangan terhadap fungsi jarak 23 4.2.Daya sistem modem 24 4.3.Total Harmonic Distortion (THD) 26 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 28 DAFTAR PUSTAKA 29 LAMPIRAN 30 A. Tabel pengukuran Tegangan terhadap Jarak 30 B. Tabel pengukuran Tegangan terhadap Jarak dan daya 38 C. Tabel pengukuran Total Harmonic Distortion (THD) 41 vi
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Sistem modulasi (a) transmitter dan (b) receiver 5 Gambar 2.2. Kabel NYA 6 Gambar 2.3. Gelombang Fundamental, Harmonik Ketiga& Hasil Penjumlahannya 8 Gambar 2.4.Rangkaian Resistif Gelombang AC 9 Gambar 2.5.Grafik Arus dan Tegangan Pada Beban Resistif 9 Gambar 2.6.Rangkaian Induktif Gelombang AC 10 Gambar 2.7.Grafik Arus dan Tegangan Pada Beban Induktif 10 Gambar 3.1. Sinyal sinus 11 Gambar 3.2. VCO dengan IC LM566 12 Gambar 3.3. Sinyal pembawa 13 Gambar 3.4. Sinyal pembawa termodulasi 13 Gambar 3.5. Rangkaian kopling pengirim 13 Gambar 3.6. Sinyal keluaran dari kopling pengirim 14 Gambar 3.7. Rangkaian kopling penerima 14 Gambar 3.8. Sinyal keluaran dari kopling penerima 15 Gambar 3.9. Diagram Blok PLL 15 Gambar 3.10 Sinyal keluaran VCO demodulasi 16 Gambar 3.11. Rangkaian LPF 16 Gambar 3.12. Sinyal keluaran pada penerima 17 Gambar 3.13. Pengujian tanpa beban 17 Gambar 3.14. Pengujian modem dengan beban 18 Gambar 3.15. Diagram alir pengujian 18 Gambar 3.16. Pengujian pada jarak 5 meter, 10 meter, 15 meter dan 20 meter 20 Gambar 3.17. Contoh screen pengukuran tegangan 22 Gambar 3.18. Contoh screen pengukuran Arus 22 Gambar 4.1. Grafik tegangan terhadap jarak kondisi tanpa beban 24 Gambar A.1.1. Grafik tegangan vs jarak pada sinus 200 Hz kondisi tanpa beban 30 Gambar A.1.2. Grafik tegangan vs jarak pada sinus 200 Hz kondisi beban resistif 31 Gambar A.1.3. Grafik tegangan vs jarak pada sinus 200 Hz kondisi beban induktif 31 Gambar A.2.1. Grafik tegangan vs jarak pada sinus 500 Hz kondisi tanpa beban 32 vii
Gambar A.2.2. Grafik tegangan vs jarak pada sinus 500 Hz kondisi beban resistif 33 Gambar A.2.3. Grafik tegangan vs jarak pada sinus 500 Hz kondisi beban induktif 33 Gambar A.3.1. Grafik tegangan vs jarak pada sinus 1000 Hz kondisi tanpa beban 34 Gambar A.3.2. Grafik tegangan vs jarak pada sinus 1000 Hz kondisi beban resistif 35 Gambar A.3.3. Grafik tegangan vs jarak pada sinus 1000 Hz kondisi beban induktif 35 Gambar A.4.1. Grafik tegangan vs jarak pada sinus 10.000 Hz kondisi tanpa beban 36 Gambar A.4.2. Grafik tegangan vs jarak pada sinus 10.000 Hz kondisi beban resistif 37 Gambar A.4.3. Grafik tegangan vs jarak pada sinus 10.000 Hz kondisi tanpa bebaninduktif 37 Gambar C.1.1 Fungsi Harmonisa terhadap arus (a) dan tegangan (b) 40 Gambar C.1.2. Sinyal sinus tanpa beban 40 Gambar C.2.1 Fungsi Harmonisa terhadap arus (a) dan tegangan (b) 41 Gambar C.2.2 Sinyal sinus beban resistif 41 Gambar C.3.1. Fungsi Harmonisa terhadap arus (a) dan tegangan (b) 42 Gambar C.3.2. Sinyal sinus beban induktif 42 viii
DAFTAR TABEL Tabel 3.1. Standar distorsi harmonisa yang digunakan berdasarkan standar IEEE 21 Tabel 4.1. Data pengukuran tegangan pada frekuensi sinus 200 Hz 23 Tabel 4.2. Data pengukuran daya pada frekuensi pembawa 250 khz 25 Tabel 4.3. THD kondisi tanpa beban 26 Tabel 4.4. THD kondisi beban resistif 26 Tabel 4.5. THD kondisi beban induktif 26 Tabel A.1.1. Data pengukuran tegangan pada frekuensi sinus 200 Hz 30 Tabel A.1.2. Tegangan vs jarak pada sinus 200 Hz kondisi tanpa beban 30 Tabel A.1.3. Tegangan vs jarak pada sinus 200 Hz kondisi beban resistif 31 Tabel A.1.4. Tegangan vs jarak pada sinus 200 Hz kondisi beban induktif 31 Tabel A.2.1. Data pengukuran tegangan pada frekuensi sinus 500 Hz 32 Tabel A.2.2. Tegangan vs jarak pada sinus 500 Hz kondisi tanpa beban 32 Tabel A.2.3. Tegangan vs jarak pada sinus 500 Hz kondisi beban resistif 32 Tabel A.2.4. Tegangan vs jarak pada sinus 500 Hz kondisi beban induktif 33 Tabel A.3.1. Data pengukuran tegangan pada frekuensi sinus 1000 Hz 34 Tabel A.3.2. Tegangan vs jarak pada sinus 1000 Hz kondisi tanpa beban 34 Tabel A.3.3. Tegangan vs jarak pada sinus 1000 Hz kondisi beban resistif 34 Tabel A.3.4. Tegangan vs jarak pada sinus 1000 Hz kondisi beban induktif 35 Tabel A.4.1. Data pengukuran tegangan pada frekuensi sinus 10.000 Hz 36 Tabel A.4.1. Tegangan vs jarak pada sinus 10.000 Hz kondisi tanpa beban 36 Tabel A.4.2. Tegangan vs jarak pada sinus 10.000 Hz kondisi beban resistif 36 Tabel A.4.3. Tegangan vs jarak pada sinus 10.000 Hz kondisi tanpa beban induktif 37 Tabel B.1. kondisi pada frekuensi pembawa 250 khz 38 Tabel B.2. kondisi pada frekuensi pembawa 350 khz 38 Tabel B.3. kondisi pada frekuensi pembawa 450 khz 39 Tabel C.1. Data pengukuran kondisi tanpa beban 39 Tabel C.2. Data pengukuran kondisi beban resistif 40 Tabel C.3. Data pengukuran kondisi beban induktif 39 ix
DAFTAR SIMBOL A BW fm f β P V I φ cos φ f c amplitudo bandwidth frekuensi sinyal informasi simpangan frekuensi index modulasi daya aktif yang diserap beban (Watt) tegangan (Volt) arus yang mengalir pada beban (A) sudut antara arus dan tegangan faktor daya frekuensi carrier x
DAFTAR SINGKATAN BW FM AC FG VCO LPF PLL PQA RMS THD THDv THDi Bandwidth Frekuensi Modulasi Arus Listrik Bolak-Balik Function Generator Voltage Controlled Oscilator Low Pass Filter Phase Locked Loop Power Quality Analyser Root Mean Square Total Harmonic Distortion Total Harmonic Distortion Tegangan Total Harmonic Distortion Arus xi