bab iii metode penelitian 3.1 metode...

14 Asep Herliana Nugraha, 2018 RANCANG BANGUN ALAT PENDETEKSI PENCURIAN LISTRIK DAN PENGHITUNG PEMAKAIAN ENERGI LISTRIK SECARA REALTIME Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Metode Penelitian

Penelitian ini menggunakan metode penelitian eksperimen (uji coba).

Diharapkan dengan melakukan pengujian pada alat dapat mencapai tujuan sesuai

dengan apa yang diharapkan pada penelitian ini. Tujuannya yaitu, membuat alat

yang dapat mendeteksi pencurian listrik, menghitung pemakaian energi secara

realtime serta dapat memberi notifikasi adanya pencurian listrik kepada PLN.

Selain itu alat tersebut dapat dikontrol dari jarak jauh untuk memutuskan rangkaian

jika terdapat indikasi pencurian listrik. Secara umum penelitian ini terbagi menjadi

3 tahapan yaitu, perancangan, pembuatan dan proses pengujian alat.

3.2 Diagram Blok Alat

Diagram blok alat menunjukan cara kerja alat secara umum. Berikut diagram

blok alat pada penelitian ini.

Beban ListrikSensor arus

ACS712

Relay 3 pole

30A

Sumber Listrik

PLN 3 fasa

6600VA

Sensor arus

ACS712

Sensor arus

ACS712

MUX 4 chanel ESP 12-E Platform IoT

PLN

(Status Pencurian

Listrik)

Konsumen

(jumlah pemakaian

energi)

Sensor arus

ACS712

Gambar 3.1 Diagram blok alat

Berdasarkan gambar 3.1 sensor arus pada alat memberikan data berupa

pembacaan arus yang mengalir pada beban untuk menghitung pemakaian energi

15 Asep Herliana Nugraha, 2018 RANCANG BANGUN ALAT PENDETEKSI PENCURIAN LISTRIK DAN PENGHITUNG PEMAKAIAN ENERGI LISTRIK SECARA REALTIME Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

dan merasakan jika ada indikasi pencurian listrik. Kemudian input pembacaan arus

masuk ke ESP 12-E melalui selektor multiplekser 4 chanel, input tersebut kemudian

16

Asep Herliana Nugraha, 2018 RANCANG BANGUN ALAT PENDETEKSI PENCURIAN LISTRIK DAN PENGHITUNG PEMAKAIAN ENERGI LISTRIK SECARA REALTIME Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

diproses oleh mikrokontroler dan hasil pembacaannya berupa status dan jumlah

pemakaian kWh akan ditampilkan pada platform IoT. Komunikasi antara ESP12-E

dengan jaringan internet menggunakan WiFi yang terhubung dengan hotspot. Jika

terjadi pencurian listrik, PLN dapat memutuskan rangkaian secara langsung melalui

platform IoT untuk mengontrol relay dari jarak jauh.

Platform IoT yang digunakan adalah adafruit.io yang dapat menampilkan

jumlah pemakaian energi listrik, status dan kontrol jarak jauh dengan menggunakan

relay sebagai pemutusnya.

3.3 Diagram Alir (Flowchart)

Diagram alir menunjukan tahapan dalam penelitian secara sistematis dari

mulai studi literatur sampai penyusunan laporan. Diagram alir pada gambar 3.2

menjelaskan perancangan dan pembuatan alat dimulai dengan studi literatur untuk

mencari referensi penelitian serupa dan setelah cukup mendapatkan referensi

selanjutnya yaitu proses perancangan.

Perancangan alat ini dimulai dengan perancangan hardware yaitu desain

layout PCB dan rangkaian pengawatan alat. Kemudian setelah rancangan selesai

selanjutnya masuk pada tahap pembuatan alat. Pembuatan alat meliputi pembuatan

hardware yaitu pemasangan dan penyolderan komponen pada PCB kemudian

pembuatan rangkaian pengawatan pada sebuah papan. Pembuatan software

meliputi pembuatan program mikrokontroler dan pembuatan tampilan pada

platform IoT. Setelah proses pembuatan selesai kemudian proses pengujian alat,

jika alat berfungsi dengan baik selanjutnya yaitu penyusunan laporan dan selesai.

Berikut diagram alir perancangan, pembuatan dan pengujian alat pendeteksi

pencurian listrik dan penghitung pemakaian energi secara realtime.

17


Mulai

Studi Literatur

1. Perancangan hardware

- layout PCB

- Gambar rangkaian pengawatan alat

2. Perancangan software

- Program mikrokontroler

- Platform IoT

Alat berfungsi

dengan baik

1. Pembuatan hardware

- Cetak PCB dan pemasangan

komponen

- membuat rangkaian pengawatan alat

2. Pembuatan software

- Program mikrokontroler

- Platform IoT

Tidak

Ya

Penyusunan Laporan

Selesai

Pengujian alat

1. Fungsi komponen dan fungsi platform

2. Kalibrasi sensor

3. Pengujian pembacaan nilai kWh

4. Pengujian parameter pencurian listrik

5. Pengujian koneksi alat – Platform IoT

6. Pengujian kontrol jarak jauh

Gambar 3.2 Diagram alir (Flowchart) penelitian

3.4 Perancangan dan Pembuatan Perangkat keras (hardware)

Perancangan dan pembuatan hardware terbagi menjadi 2 yaitu, perancangan

layout PCB menggunakan software Eagle 6.3.0 dan perancangan rangkaian

pengawatan alat menggunakan software autocad 2006.

18


3.6.1 Perancangan dan Pembuatan PCB

Rangkaian yang dibuat pada PCB adalah rangkaian pembacaan arus

oleh sensor ACS712 pada fasa R, S, T dan N kemudian input masuk ke

multiplekser 4 chanel dan ke mikrokontroler. Rangkaian pembacaan arus

dilengkapi dengan kapasitor dan dioda untuk menstabilkan pembacaan

sensor. Relay yang digunakan adalah tipe OMR G8P-1C4P-A01. Power

supply yang digunakan adalah modul HLK-PM01 dengan input 220 VAC dan

output 5 VDC.

Gambar 3.3 Rangkaian alat pendeteksi pencurian listrik

Kemudian dari rangkaian tersebut dibuat layout PCB dengan model

double layer untuk memaksimalkan ruang pada PCB sehingga didapat desain

yang compact dengan ukuran 8*5.5 cm.

Gambar 3.4 Layout PCB Rangkaian alat pendeteksi pencurian listrik

19


Layout PCB dicetak kemudian masuk ke tahap perakitan komponen dan

penyolderan. Berikut ini gambar PCB yang sudah diisi komponen dan

disolder.

Gambar 3.5 PCB yang telah diisi komponen

3.6.2 Perancangan dan Pembuatan Rangkaian Pengawatan

Rangkaian pengawatan dibuat pada sebuah papan berukuran 35*55 cm

dan terdiri dari kWh meter 3 fasa, MCB 3*10A, Kontaktor magnet, kabel

NYA 2,5 mm2, KKB, terminal blok, dan PCB alat pendeteksi pencurian

listrik.

Gambar 3.6 Rangkaian Pengawatan alat pendeteksi pencurian listrik

20


Rangkaian pengawatan kemudian diimplementasikan sesuai rancangan

menggunakan papan dan dilengkapi dengan rangkaian simulasi pencurian

listrik menggunakan saklar dan kabel warna kuning-hijau. Berikut hasil

pembuatan rangkaian pengawatan alat.

Gambar 3.7 Implementasi rangkaian pengawatan alat

3.5 Perancangan dan Pembuatan Perangkat lunak (software)

Proses perancangan dan pembuatan perangkat lunak terdiri dari dua bagian,

yaitu perancangan dan pemrograman mikrokontroler ESP 12-E dan perancangan

dan pembuatan interface pada platform IoT.

3.7.1 Perancangan dan Pemrograman Mikrokontroler

Perancangan dan pemrograman pada mikrokontroler ESP-12E

menggunakan software Arduino IDE. Pin pada ESP12-E yang digunakan

untuk pembacaan sensor arus ACS712 adalah pin A0 yang merupakan pin

ADC, pin ADC pada ESP12-E memiliki resolusi 10 bit. Pin ADC pada

ESP12-E yang tersedia hanya satu pin untuk 4 buah sensor arus, oleh karena

itu digunakanlah multiplekser 4 chanel sebagai selektor. Pin yang digunakan

untuk selektor multiplekser adalah D0 dan D1. Pin out yang digunakan adalah

D5 untuk buzzer dan D8 untuk memberikan triger pada relay.

21


Algoritma untuk pembacaan sensor arus adalah dengan melakukan

sampling 1000 data yang ditampung dalam sebuah variabel analogbuffer

kemudian dibagi 1000 untuk mendapatkan nilai rata-rata. Persamaan untuk

menentukan kenaikan arus per bit adalah Arus = (AnalogBuffer-512) *

CorrectionFactor/1000.

Algoritma perhitungan kWh adalah dengan menggunakan persamaan

Kwh=((ArusR+ArusS+ArusT)*VOLT*COSPHI*waktu(s))/3600000.

Dengan pembacaan arus secara realtime maka didapat nilai kWh per satuan

detik kemudian untuk mendapatkan total kWh digunakanlah persamaan

TotalkWh=TotalkWh+Kwh.

Metode untuk mendeteksi pencurian listrik adalah dengan

menggunakan sensor arus pada setiap fasa dan netral untuk mengukur arus

yang mengalir ke beban. Prinsipnya dengan membandingkan arus yang

mengalir pada fasa dengan arus yang mengalir pada netral dan dengan

menentukan batas arus sesuai kapasitas MCB yaitu 10A setiap fasa.

Algoritma pelanggaran listrik golongan 3 (P III) dengan cara sambung

langsung adalah sebagai berikut dan golongan 1 (P I) mengganti MCB:

Tabel 3.1

Parameter pelanggaran listrik golongan 1 (P I) dan golongan 3 (P III)

No Kondisi Status Keterangan Golongan

pelanggran

1 IR, IS, IT ≠ 0

IN = IR + IS + IT “Normal” Unbalance -

2 IR, IS, IT ≠ 0

IN = IR + IS + IT = 0 “Normal” Balance -

3 IR, IS, IT, IN = 0 “Pencurian”

R,S,T,N Balance/Unbalance P III

4 IR, IS, IT = 0

IN ≠ IR + IS + IT

“Pencurian”

R,S,T Unbalance P III

5 IR, IS = 0, IT ≠ 0,

IN ≠ IR + IS + IT

“Pencurian”

R,S Unbalance P III

6 IS, IT = 0, IR ≠ 0,

IN ≠ IR + IS + IT

“Pencurian”

S,T Unbalance P III

7 IR, IT = 0, IS ≠ 0,

IN = IR + IS + IT

“Pencurian”

R,T Unbalance P III

8 IR = 0, IS, IT ≠ 0, “Pencurian” Unbalance P III

22


IN ≠ IR + IS + IT R

9 IS = 0, IR, IT≠ 0,

IN ≠ IR + IS + IT

“Pencurian”

S Unbalance P III

10

IT = 0, IR, IS≠ 0,

IN ≠ IR + IS + IT

“Pencurian”

T

Unbalance

P III

11 IR, IS = 0, IT ≠ 0,

IN = IR + IS + IT = 0

“Pencurian”

R,S Balance P III

12 IS, IT = 0, IR ≠ 0,

IN = IR + IS + IT = 0

“Pencurian”

S,T Balance P III

13 IR, IT = 0, IS ≠ 0,

IN = IR + IS + IT = 0

“Pencurian”

R,T Balance P III

14 IR = 0, IS, IT ≠ 0,

IN = IR + IS + IT = 0

“Pencurian”

R Balance P III

15 IS = 0, IR, IT ≠ 0,

IN = IR + IS + IT = 0

“Pencurian”

S Balance P III

16 IT = 0, IR, IS ≠ 0,

IN = IR + IS + IT = 0

“Pencurian”

T Balance P III

17 IR, IS, IT >10A

“Pencurian”

Mengganti

MCB

Balance/Unbalance P I

Keterangan :

IN : Arus Netral

IR : Arus fasa R

IS : Arus fasa S

IT : Arus fasa T

Berikut adalah diagram alir perancangan program:

23


Mulai

Connect to WiFi

Kalkulasi arus

Connect to server

Input sensor

A

24


IR, IS, IT ≠ 0 IN = IR + IS + IT = 0

V.I.cosphi.t

IR, IS, IT, IN = 0V.I.cosphi.t

IR, IS, IT = 0 IN ≠ IR + IS + IT

V.I.cosphi.t

Status Pencurian &Besar kWh


TIDAK

YA

YA

TIDAK

IR, IS, IT ≠ 0 IN = IR + IS + IT

V.I.cosphi.t

Status Normal &Besar kWh

YA

TIDAK


YA

TIDAK

A

IR = 0, IS, IT ≠ 0, IN ≠ IR + IS + IT

V.I.cosphi.t


YA

TIDAK

IT = 0, IR, IS≠ 0, IN ≠ IR + IS + IT

V.I.cosphi.t

IR, IS = 0, IT ≠ 0, IN ≠ IR + IS + IT

V.I.cosphi.t

IS, IT = 0, IR ≠ 0, IN ≠ IR + IS + IT

V.I.cosphi.t



TIDAK

YA

YA

TIDAK

IS = 0, IR, IT≠ 0, IN ≠ IR + IS + IT

V.I.cosphi.t


YA

TIDAK


YA

TIDAK

BC

25


IR, IT = 0, IS ≠ 0, IN = IR + IS + IT

V.I.cosphi.t

IR, IS = 0, IT ≠ 0, IN = IR + IS + IT = 0

V.I.cosphi.t



YA

YA

TIDAK

TIDAK

IR, IT = 0, IS ≠ 0, IN = IR + IS + IT = 0

V.I.cosphi.t


YA

TIDAK

IS, IT = 0, IR ≠ 0, IN = IR + IS + IT = 0

V.I.cosphi.t


YA

TIDAK

IS = 0, IR, IT ≠ 0,IN = IR + IS + IT = 0

V.I.cosphi.t

IR = 0, IS, IT ≠ 0,IN = IR + IS + IT = 0

V.I.cosphi.t


YA

TIDAK

Selesai

IT = 0, IR, IS ≠ 0,IN = IR + IS + IT = 0

V.I.cosphi.t

Arus R, S, T >10 AV.I.cosphi.t




YA

YA

TIDAK

TIDAK

Publish PLNStatus & Besar kWh

Publish User Besar kWh

Subscribe Perintah

Ada Pelanggaran ?Relay

ON/OFF

YA

TIDAK

YA

Subscribe PerintahReset besar kWh

B C

Gambar 3.8 Diagram alir program mikrokontroler

26


3.7.2 Perancangan dan Pembuatan interface platform IoT

Platform yang digunakan untuk menampilkan data pemakaian energi

dan pemutusan rangkaian listrik dari jarak jauh adalah adafruit.io pada

platform tersebut dibuat dua buah dashboard yaitu, untuk PLN dan

pelanggan. Pembuatan tampilan pada platform harus disesuaikan dengan

kebutuhan dan fungsinya. Berikut ini pilihan block yang dapat kita gunakan

untuk membuat tampilan yang dibutuhkan.

Gambar 3.9 Pilihan block untuk tampilan pada dashboard

Dashboard yang pertama adalah “user” yang merupakan tampilan

untuk pelangggan dan hanya menampilkan jumlah penggunaan energi listrik

dalam satuan kWh. Tampilan yang digunakan adalah line chart berupa grafik

dan text berupa angka. Tombol reset juga ditambahkan untuk mereset jumlah

kWh yang digunakan. Berikut pada gambar 3.10 merupakan dashboard user

pada platform IoT adafruit.io.

27


Gambar 3.10 Dashboard user pada platform adafruit.io

Dashboard yang kedua adalah dashboard PLN, pada dashboard ini ada

perbedaan dengan dashboard user yaitu adanya fungsi tombol “control”,

status yang berfungsi untuk menampilkan status “normal” atau “pencurian”

dan fungsi tombol “control” untuk memutuskan rangkaian listrik dari jarak

jauh jika terdapat status “pencurian”.

Gambar 3.11 Dashboard PLN pada platform adafruit.io

28


3.6 Langkah-Langkah Pengujian Alat

Pengujian alat bertujuan untuk membuktikan hasil perancangan dan

pembuatan alat bekerja atau berfungsi sesuai tujuan pembuatan alat. Langkah-

langkah pengujian alat adalah sebagai berikut.

3.6.1 Pengujian Fungsi Alat dan Platform IoT

Pengujian fungsi komponen terbagi menjadi 2, yaitu pengujian fungsi

pada alat dan fungsi pada platform IoT. Pengujian alat meliputi pengujian

power supply, pembacaan sensor dan fungsi relay. Pengujian fungsi pada

platform IoT dilakukan pada dashboard user dan dashboard PLN.

a. Pengujian power supply/catu daya dilakukan dengan cara mengukur

tegangan menggunakan multimeter pada komponen utama yaitu, AC to

DC step down HLK-PM01, ESP 12-E, Buzzer, DC step-up MT3608,

Sensor arus ACS712 30A dan Relay. Pengujian fungsi sensor arus

ACS712 dengan cara melihat pada serial monitor, dan pengujian relay

dengan cara mengklik tombol ON/OFF pada platform IoT.

b. Pengujian platform IoT dilakukan dengan cara membandingkan data

yang dikirim oleh alat dengan tampilan pada platform. Pada dashboard

user yang dibandingkan adalah data nilai kWh yang terpakai dengan

data yang dikirim alat dan menguji tombol reset untuk mereset jumlah

pemakaian kWh. Dashboard PLN diuji dengan membandingkan data

nilai kWh yang terpakai dengan data yang dikirim alat, status

(pencurian/normal) sesuai data yang dikirim alat, dan menguji tombol

ON/OFF relay serta tombol reset.

3.6.2 Langkah – Langkah Kalibrasi Sensor Arus

Kalibrasi sensor adalah suatu proses untuk mengatur nilai awal

pembacaan sensor dan membandingkan hasil pembacaan sensor arus dengan

tang ampere sehingga nilai pembacaan sensor arus dengan hasil pengukuran

tang ampere nilainya sama atau mendekati.

Pada proses kalibrasi diperlukan beberapa peralatan diantaranya tang

ampere digital merk KYORITSU, beban listrik dengan daya berbeda-beda.

29


Beban listrik yang digunakan adalah pemanas air (200W), setrika listrik 1

(300W), setrika listrik 2 (350W), setrika listrik 3 (350W) dan magicom

(350W).

Langkah-langkah untuk mengkalibrasi sensor adalah dengan mengukur

arus beban dengan tang ampere. Kemudian dilihat berapa nilai ADC awal

pada serial monitor dan ADC setelah dibebani kemudian hitung selisih ADC.

Setelah didapat nilai ADC selanjutnya dengan membagi arus yang terbaca

dengan selisih ADC maka diperoleh nilai CF (correction factor). Langkah

tersebut dilakukan berulang kali menggunakan beban dengan arus yang

berbeda, maka didapatkan perubahan nilai CF terhadap perubahan arus yang

berbeda juga, semakin banyak variasi beban maka semakin akurat hasilnya.

3.6.3 Pengujian Pembacaan kWh

Pengujian hasil pembacaan kWh bertujuan untuk mengetahui tingkat

akurasi pembacaan nilai kWh alat. Peralatan yang dibutuhkan untuk

pengujian pembacaan kWh adalah stopwatch, kWh meter 3 fasa standar PLN,

tang ampere dan alat yang dibuat. Cara pengujiannya adalah dengan

membandingkan kWh meter 3 fasa milik PLN dengan alat yang sudah dibuat.

Percobaan dilakukan sebanyak 3 kali dengan beban yang sama dan waktu

yang berbeda yaitu, 5, 7 dan 10 menit setiap kali percobaannya.

3.6.4 Pengujian Parameter Pencurian Listrik

Pengujian parameter pencurian terbagi menjadi 2, yaitu pelangggaran

golongan 1 dan pelanggaran golongan 3. Peralatan yang diperlukan adalah

alat yang telah dibuat, kWh meter 3 fasa, tang ampere, dan beban listrik

dengan daya berbeda yaitu setrika listrik 1 (350W), setrika listrik 2 (350W),

setrika listrik 3 (300W) dan magicom (350W)

a. Pengujian pelanggaran golongan 1 (P I), langkah pengujian nya dimulai

dengan mengganti MCB atau tanpa melalui MCB, kemudian dengan

membebani salahsatu fasa dengan beban >10A sampai muncul

notifikasi “pencurian” pada platform. Langkah tersebut dilakukan pada

semua fasa.

30


b. Pengujian pelanggaran golongan 3 (P III), yaitu pelanggaran yang

mempengaruhi pengukuran energi, percobaannya dilakukan 16 kali

percobaan untuk mengurangi kesalahan pembacaan alat.

Tabel 3.2

Rangkaian pengujian pelanggaran golongan 3 (P III)

No. Kondisi Gambar rangkaian

1

IR, IS, IT ≠ 0

IN = IR + IS + IT = 0

Status : Normal

(Balance)

2

IR, IS, IT ≠ 0

IN = IR + IS + IT

Status : Normal

(Unbalance)

31


3

IR, IS, IT, IN = 0

Status : Pencurian

(Balance/Unbalance)

4

IR, IS, IT = 0

IN ≠ IR + IS + IT

Status : Pencurian

(Unbalance)

5

IR, IS = 0, IT ≠ 0

IN ≠ IR + IS + IT

Status : Pencurian

(Unbalance)

32


6

IS, IT = 0, IR ≠ 0,

IN ≠ IR + IS + IT

Status : Pencurian

(Unbalance)

7

IR, IT = 0, IS ≠ 0

IN ≠ IR + IS + IT

Status : Pencurian

(Unbalance)

8

IR = 0, IS, IT ≠ 0

IN ≠ IR + IS + IT

Status : Pencurian

(Unbalance)

33


9

IS = 0, IR, IT ≠ 0

IN ≠ IR + IS + IT

Status : Pencurian

(Unbalance)

10

IT = 0, IR, IS ≠ 0

IN ≠ IR + IS + IT

Status : Pencurian

(Unbalance)

11

IR, IS = 0, IT ≠ 0

IN = IR + IS + IT = 0

Status : Pencurian

(Balance)

34


12

IS, IT = 0, IR ≠ 0

IN = IR + IS + IT = 0

Status : Pencurian

(Balance)

13

IR, IT = 0, IS ≠ 0

IN = IR + IS + IT = 0

Status : Pencurian

(Balance)

14

IR = 0, IS, IT ≠ 0

IN = IR + IS + IT = 0

Status : Pencurian

(Balance)

35


15

IS = 0, IR, IT ≠ 0

IN = IR + IS + IT = 0

Status : Pencurian

(Balance)

16

IT = 0, IR, IS ≠ 0

IN = IR + IS + IT = 0

Status : Pencurian

(Balance)

3.6.5 Pengujian koneksi alat dengan platform

Pengujian koneksi alat dengan platform bertujuan untuk membuktikan bahwa

alat yang dibuat dapat terhubung ke jaringan internet dan mengirimkan data berupa

nilai kWh dan status (pencurian/normal) secara realtime. Koneksi yang digunakan

alat untuk terhubung ke platform adalah dengan akses internet dari smartphone.

Dengan menggunakan koneksi WiFi, alat yang dibuat menjadi wireless client dan

smartphone menjadi hotspot.

Cara pengujiannya dengan menghubungkan alat dengan smartphone

menggunakan koneksi WiFi, setelah alat terhubung dengan internet kemudian lihat

36


data yang dikirim oleh alat melalui serial monitor lalu bandingkan dengan tampilam

pada platform.

3.6.6 Pengujian Kontrol Relay Jarak Jauh

Hasil pengujian kontrol jarak jauh menggunakan platform bertujuan untuk

memutuskan rangkaian jika terjadi pencurian listrik. Langkah kerjanya jika terjadi

pencurian listrik maka status pada platform menjadi “pencurian” selanjutnya

tombol “control” diklik untuk memberikan perintah ON pada relay, maka relay

akan bekerja dan memutuskan rangkaian.

bab iii metode penelitian 3.1 metode...

Documents