Rancang Bangun Sistem Pendeteksian dan Monitoring Harmonisa Menggunakan Metode DFT Disampaikan Oleh, Dimas Okky Anggriawan 2209100195 Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Ir. Mauridhi Hery Purnomo, M.Eng Dr. Ardyono Priyadi, S.T, M.Eng SEMINAR TUGAS AKHIR, JUNI 2013 Jurusan Teknik Elektro, ITS Kampus ITS, Sukolilo
PENDAHULUAN Latar Belakang [tentang harmonisa] 2 Filter harmonisa pasif, sumber google Harmonisa, http://1.bp.blogspot.com Beban beban non linier seperti inverter, VSD, Lampu Fluorescent, motor asinkron Penyebab Akibat Menurunnya kualitas daya pada sistem tenaga listrik dan kerusakankerusakan dini pada peralatan sistem tenaga FLUKE 43B HIOKI PQA 3195 Alat Ukur Standar Mereduksi Melakukan proses pefilteran Harmonisa, http://elektro.unsyiah.ac.id FLUKE 43B, sumber google
PENDAHULUAN Latar Belakang [Pengukuran Harmonisa] 3 Alat Ukur Standar FLUKE 43B HIOKI PQA 3195 Kelemahan Mahal Tidak bisa terintergasi dengan Webserver Prototipe CT-235 Mikrokontroller Borland Delphi Metode DFT FLUKE 43B, HIOKI, sumber google Prototipe
PENDAHULUAN Tujuan dan Batasan 4 Tujuan Batasan Menggunakan mikrokontroller sebagai interface antara Current Transformer dengan Personal Computer Merancang suatu prototipe pendeteksian dan monitoring harmonisa dengan menggunakan metode Discrete Fourier Transform (DFT) dan mikrokontroller serta software borland delphi harmonisa yang dianalisis adalah harmonisa arus Pengujian dilakukan pada beban linier 275 Watt pada jaringan distribusi 220 V Metode yang digunakan dalam menganalisis harmonisa adalah metode DFT
TINJAUAN PUSTAKA Harmonisa 5 Tentang Harmonisa Definisi : Gejala pembentukan gelombang-gelombang dengan frekuensi berbeda yang merupakan perkalian bilangan bulat dengan frekuensi dasarnya [1] Ket. Gambar Menunjukkan bentuk gelombang arus dasar, arus harmonisa, dan arus terdistorsi. Sumber : Beban-beban non linier yang terhubung ke sistem distribusi antara lain : inverter, UPS, komputer, printer, televisi, lampu fluorescent yang menggunakan elektronik ballast Efek : Penurunan kualitas daya, rugi rugi daya dan temperatur secara abnormal pada peralatan-peralatan tenaga listrik [1]
TINJAUAN PUSTAKA Harmonisa 6 Cara Analisis Harmonisa Umumnya analisis harmonisa arus dilakukan dengan mentransformasikan sinyal arus dari domain waktu ke domain frekuensi. Ket. Gambar Transformasi dari domain waktu ke domain frekuensi. Analisis harmonisa selanjutnya merupakan proses perhitungan magnitude dari komponen dasar dan komponen-komponen harmonisa pada orde yang lebih tinggi dari suatu gelombang [2]. sumber : http://img.felixonline.co.uk
TINJAUAN PUSTAKA Metode DFT 7 X ( f ) 2 ft x( t). e dt FT Kontinyu X ( m) N 1 n 0 x( n) e j2 mn N FT Diskrit X ( m) N 1 n 0 2 nm x( n)[cos( ) N 2 nm j sin( )] N Analisa DFT, sumber : www.phon.ucl.ac.uk X ( m) X ( m) X ( m) tan 2 2 1 riil imajiner X ( m) X ( m) riil imajiner X ( m) X ( m) riil imajiner N 1 n 0 n 2 nm x( n) cos( ) N N 1 0 2 nm x( n) sin( ) N
TINJAUAN PUSTAKA Analisis Harmonisa 8 THDi N 2 in n 2 i 1 Ket. Persamaan Menunjukkan besarnya distorsi harmonisa terhadap arus frekuensi dasar Keterangan : i n adalah besarnya arus harmonisa orde n N adalah orde harmonisa tertinggi yang dianalisa i adalah arus fasa pada frekuensi dasar Spektrum Arus Menunjukkan representasi grafis dari level komponen pada domain frekuensi Spektrum arus, Sumber, http://blogs.mathworks.com
PERANCANGAN PROTOTIPE Diagram Blok Keseluruhan Prototipe 9 Komponen Prototipe 1. Current Transformer 2. Driver akuisisi data 3. Mikrokontroller 4. RS 232 5. Borland Delphi Diagram blok pendeteksian dan monitoring harmonisa
PERANCANGAN PROTOTIPE Pengujian CT 10 Tabel. Karakteristik input output CT-235 Pengujian CT 235 Beban I primer V out hitung (V) V out uji (V) Rasio 1 1,35 0,380 0,217 0,16 2 2,69 0,753 0,430 0,16 3 4,07 1,139 0,650 0,16 4 5,37 1,503 0,860 0,16 Kesimpulan Rasio Linier sebagai acuan untuk penggunaan CT sebagai Sensor arus
PERANCANGAN PROTOTIPE Perancangan Desain Akuisisi Data 11 parameter nilai Keterangan Rasio CT 2000 Rasio primer dan sekunder CT Input Mikro 0 5 V Input dari CT-235 Rp CT 270 Resistor terpasang pada output CT Gain 1,004 Gain pada akuisisi data offset 2,491 Offset pada akuisisi data ADC 8 bit Resolusi 0,02 V Time Delay 0,4 Pengiriman data per sampel (mikro detik) Ket. Tabel Parameter Akuisisi Data Ket. Gambar Rangkaian power supply
PERANCANGAN PROTOTIPE Perancangan Desain Akuisisi Data 12 Rangkaian input arus AC dari CT-235 Rangkain inverting amplifier Rangkaian inverting adder amplifier Gelombang hasil rangkaian amplifier, sumber http://i.stack.imgur.com
PERANCANGAN PROTOTIPE Perancangan Desain Akuisisi Data 13 Ket. Gambar Perancangan pengiriman data Ket. Gambar Perancangan akusisi data
PERANCANGAN PROTOTIPE Diagram Blok Software Analisis Harmonisa 14 Komponen Software - Bagian Pembacaan Sinyal Dari mikrokontroller - Bagian Pengkondisi Sinyal - Bagian Analisis Harmonisa (metode DFT dan THDi) - Bagian Display Diagram blok software analisis harmonisa
PENGUJIAN PROTOTIPE Beban dan Rangkaian Pengujian 15 Komponen Pengujian Beban 275 Watt - Beban Linier : Resistor 4 x 275 Watt - Alat Ukur Standar Multimeter ( DC 0.5%, AC 1.5%) FLUKE 43B (THD 3%, Arus r.m.s 1%) CT-235 Hardware PC CT-PQA FLUKE 43B
PENGUJIAN PROTOTIPE Hasil Pengujian rangkaian buffer dan inverting 16 Tabel. Hasil pengukuran rangkaian buffer N o Tegangan input (V) Tegangan output (V) Kesalahan relatif (%) 1 0,412 0,413 0,24% 2 0,669 0,669 0% 3 0,757 0,757 0% 4 0,888 0,888 0% Rata - rata 0,06% Tabel. Hasil pengukuran Inverting Amplifier Tegangan input (V) Penguat (Gain) Tegangan Out (V) Tegangan Out hitung (V) Kesalahan relatif (%) 0,438 1,004 0,44 0,439 0,23% 0,654 1,004 0,66 0,658 0,30% 0,884 1,004 0,89 0,887 0,34% 0,994 1,004 1 0.998 0,20% Rata -rata 0,26% Vo Rf Ri xvi kesalahan relatif rata - rata = ((0,24%+0%+0%+0%)/4)=0,06% kesalahan relatif rata rata =((0,23%+0,3%+0,34%+0,2%)/4)=0,26% Kesalahan relatif rata rata pada rangkaian buffer adalah 0,06% dan rangkaian inverting amplifier adalah 0,26%
PENGUJIAN PROTOTIPE Hasil Pengujian inverting adder dan output ADC 17 Tabel. Hasil pengukuran output ADC No Tegangan input (V) Tegangan output ADC (V) Kesalahan relatif (%) 1 2,44 2,439 0,04% 2 2,011 1,998 0,64% 3 1,768 1,756 0,67% 4 1,546 1,547 0,06% Rata - rata 0,35% Tegangan input DC (E1) Tabel. Hasil pengukuran Inverting adder Amplifier Tegangan input DC (E2) Tegangan Output (V) Tegangan Output hitung (V) Kesalahan Relatif (%) 0,12 2,491 2,62 2,611 0,3% 0,36 2,491 2,86 2,851 0,32% 0,59 2,491 3,02 3,081 0,23% 0,76 2,491 3,26 3,251 0,28% Rata - Rata 0,28% Kesalahan relatif rata rata = ((0,04%+0,64%+0,67%+0,06%)/4)=0,35% Rf Rf Vo ( V1 V 2 ) R1 R2 kesalahan relatif rata rata = ((0,3%+0,32%+0,23%+0,28%)/4)=0,28% Kesalahan relatif rata rata pada rangkaian inverting adder amplifier adalah 0,28% dan output ADC adalah 0,35%
PENGUJIAN PROTOTIPE Pengukuran Bentuk Gelombang Arus 18 Gambar 4.4 Kesimpulan Bentuk gelombang arus di prototipe pada data SinyalArus6.txt hasil pengukuran beban linier 275 Watt Terjadi error pembacaan pada amplitudo Pada bentuk gelombang arus tersebut terlihat bahwa bentuk gelombang arus tidak mencapai titik puncak amplitudo arus. Hal ini akan mempengaruhi pembacaan arus r.m.s dan THDi Gambar 4.4 Bentuk gelombang arus hasil pengukuran beban linier 275 Watt diprototipe pada sampel 1 150 dari data SinyalArus6.txt
PENGUJIAN PROTOTIPE Pengukuran Arus r.m.s 19 Tabel. Hasil pengukuran arus r.m.s oleh prototipe pada beban linier 275 Watt Data yang Level arus (A) Kesalahan Kesalahan disimpan Prototipe Prototipe FLUKE (A) relatif (%) SinyalArus6 0,766 1,14 0,374 32,8% SinyalArus7 0,766 1,14 0,374 32,8% SinyalArus8 0,757 1,14 0,383 33,6% SinyalArus9 0,754 1,14 0,386 33,86% SinyalArus10 0,754 1,14 0,386 33,86% Rata-rata 0,374 33,38% Kesimpulan hasil pengukuran nilai arus r.m.s dibandingkan dengan FLUKE 43B memiliki error pembacaan relatif rata rata adalah 33,38%
PENGUJIAN PROTOTIPE Pengujian Hasil DFT 20 Gambar 4.10 Harmonisa keluar pada frekuensi kelipatan 50 Hz Nilai amplitudo pada frekuensi dasar dan kelipatannnya dari hasil proses DFT pada data SinyalArus6.txt Kesimpulan Pada prototipe menunjukkan frekuensi dasar 50 Hz mempunyai nilai amplitudo yang lebih tinggi daripada nilai amplitudo pada frekuensi kelipatan dari frekuensi dasar 50Hz muncul Gambar 4.10 Nilai frekuensi pada frekuensi dasar dari hasil proses DFT pada data SinyalArus6.txt
PENGUJIAN PROTOTIPE Pengujian Level THDi 21 Hasil pengukuran level THDi oleh prototipe pada beban linier 275 Watt Beban Linier THDi Kesalahan Relatif (%) FLUKE 43B (%) Prototipe (%) Bebanlinier1.txt 2% 1,48% 26% Bebanlinier2.txt 2% 1,48% 26% Bebanlinier3.txt 2% 1,48% 26% Bebanlinier4.txt 2% 1,48% 26% Rata - rata 26% Kesimpulan hasil pengukuran nilai THDi oleh prototipe dibandingkan dengan alat ukur standar FLUKE 43B memiliki error relatif pembacaan rata rata adalah 26%
PENGUJIAN PROTOTIPE Pengujian Level THDi 22 Hasil pengukuran level THDi oleh prototipe pada beban non- linier 125 Watt Beban non Linier THDi Kesalahan Relatif FLUKE 43B Prototipe komputer5.txt 84% 137% 63% komputer6.txt 84% 137% 63% komputer7.txt 84% 139% 65% komputer8.txt 84% 139% 65% Rata - rata 64% Kesimpulan hasil pengukuran nilai THDi oleh prototipe dibandingkan dengan alat ukur standar FLUKE 43B memiliki error relatif pembacaan rata rata adalah 64%
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan 23 Kesimpulan Dari Pelaksanaan Tugas Akhir Ket. Gambar Prototipe sistem pendeteksian dan monitoring harmonisa arus yang dihasilkan Komunikasi serial antara mikrokontroller dengan personal computer memiliki keterbatasan dalam time delay dengan nilai maksimum sebesar 400 mikro detik. Pada proses ADC menggunakan jumlah 8 bit sehingga resolusinya sebesar 0.02 Volt. Metode DFT dalam mengolah data gelombang arus dalam domain waktu ke dalam bentuk domain frekuensi belum bisa secara realtime tetapi data gelombang arus disimpan terlebih dahulu. Prototipe yang dibuat dalam tugas akhir ini mampu memantau keberadaan harmonisa arus hingga orde 15 (frekuensi 750 Hz) dan dalam menyajikan data arus r.m.s dan THDi memiliki error pembacaan relatif rata rata yaitu 33,38% dan 37,36%. Sumber : Buku Tugas Akhir Dimas Okky A
KESIMPULAN DAN SARAN Rekomendasi 24 Rekomendasi Untuk Penelitian Selanjutnya Ket. Gambar Salah satu panel pada viewform prototipe. Perlu ditingkatkannya kapasitas dan spesifikasi CT agar keandalan dan ketelitian pengukuran dapat ditingkatkan Dalam proses ADC memerlukan IC yang lebih baik dengan mikrokontoller seperti ARM komunikasi antara mikrokontroller dengan personal computer memerlukan device yang mampu meningkatkan software borland delphi dalam penerimaan data. Metode transformasi bisa menggunakan metode transformasi lain seperti transformasi Wavelet, transformasi Stockwell Pengintegrasian prototipe dengan sistem web server sehingga data online dapat dikirim dan ditampilkan melalui media internet. Sumber : Buku Tugas Akhir Dimas Okky A
DAFTAR PUSTAKA 25 Ket. Gambar Salah satu panel pada viewform prototipe. Daftar Referensi Utama [1] Arfian, E.T, Desain Sistem Pendeteksian dan Monitoring Harmonisa Berbasis LabVIEW Menggunakan Metode Transformasi S, Tugas Akhir Elektro ITS, 2011 [2] Setiawan, A, Kajian Pengaruh Harmonisa Terhadap Sistem Tenaga Listrik, Jurnal Eltek, Vol. 05, No. 02, Oktober, 2007 [3] Arrillaga, J., Watson, N.R., Power System Harmonics Second Edition, John Wiley & Sons Ltd, England, Ch. 1,2,5, 2003. [4] Radiana, S.G., Discreate Fourier Transform Menjadi Fast Fourier Transform <URL:http//te.ugm.ac.id/~risanuri/isyaratsystem/paperDFT kefft.pdf>, Desember 2009 [5] IEEE Standard 519-1992, Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 1993 [6] Sholikul, M.H Mengenal Mikrokontroller AVR Atmega 16,Ilmukomputer.com 7] Teddy, M.Z Pemrogaman Delphi Untuk Pemula: IDE dan Struktur Pemrogaman, Ilmukomputer.com
DAFTAR PUSTAKA 26 Ket. Gambar Salah satu panel pada viewform prototipe. Daftar Referensi Utama [7] Sevgi.Levent, Uluisika.Cagatay, Labview - Based Virtual Instrument for Engineering Education: A Numerical Fourier Transform Tool, Dogus University, Istanbul, 2006 [8] Rohman.Y, Budikarso.A, Amran.H, Rancang bangun sistem pengukuran arus berbasis mikrokontroller Atmega 8535 Paper PENS, Surabaya [9] Rahmat, Desain dan Implementasi Sistem Akuisisi Data Harmonisa Arus Listrik Secara Real Time, POLI REKAYASA Vol 5, No. 1, Unand, Padang, 2009 [10] Sugiarto. I, Thiang, Siswanto.T.J Disain dan Implementasi Modul Akuisisi Data sebagai Alternatif Modul DAQ LabVIEW Universitas Kristen Petra, Surabaya
TERIMA KASIH 1. Bapak Sugiarto dan Ibu Endang Ariyani sebagai Ayah dan Ibu tercinta yang sudah memberikan kasih sayang yang luar biasa kepada saya 2. Prof. Mauridhi Hery P., Dr. Ardyono Priyadi, atas segala ilmu dan kesabaran dalam membimbing penulis hingga terselesaikannya Tugas Akhir ini. 3. Teman teman asisten laboratorium instrumentasi, pengukuran dan identifikasi sistem tenaga (LIPIST) dan teman teman asisten laboratorium elektronika dasar. 4. Arfian Ady Tama, Angga Pradana, Fauzi dan Vonda yang sudah membantu penulis menyelesaikan Tugas Akhir ini.