1. Judul

Rancang Bangun Sistem koordinasi Proteksi pada Jaringan Tegangan Rendah Direct Current

2. Latar belakang

Di era abad 20 dimana teknologi serba digital dan juga isu perubahan iklim

yang dikarenakan pemansan global yang semakin sering terdengar dan dibahas saat ini,

dan juga penggunaan bahan bakar fosil yang semakin lama akan membuat cadangan

bahan bakar fosil semakin berkurang. Sehingga hal ini menjadi tantangan bagi sarjana

teknik untuk terus berkembang dan menciptakan konsep tentang energi terbarukan yang

tidak berasal dari bahan bakar fosil. Semakin berkembangnya teknologi energi yang

menggunakan listrik dc belakangan ini termasuk salah satunya metode sistem distribusi

jaringan tegangan rendah direct current. Sistem distirbusi jaringan tegangan rendah

direct current adalah sistem yang tegangan dasarnya berupa dc dan memiliki rating

tegangan dibawah 100 volt. Sistem jaringan tegangan rendah direct current ini juga bisa

menjadi solusi dalam rangka penghematan energi, karena pada sistem distribusi

jaringan tegangan rendah direct current tidak banyak digunakannya alat konversi energi

seperti halnya pada sistem ac yang mana pada setiap konversi energi akan

menimbulkan rugi-rugi. Meskipun belum memiliki standar yang baku tentang sistem

jaringan tegangan rendah direct current, belakangan ini semakin dikembangkan karena

semakin banyaknya kajian-kajian terhadap energi terbarukan. Energi terbarukan

sebagian besar manghasilkan tegangan dan arus berupa DC sehingga metode smart grid

ini sangat membantu dalam pengkordinasian antar energi terbarukan dalam suatu

wilayah.

Namun dalam setiap sistem diperlukan suatu peralatan pengaman atau proteksi

dari sistem tersubut guna mengantisipasi hal-hal yang tidak diinginkan yang bisa

mengganggu stabilitas dari sistem tersebut. Selain itu juga diperlukan koordinasi antar

sub sistem agar apabila terjadi gangguan yang terjadi pada ssalah satu sub sistem tidak

mengganggu keseluruhan sistem. Misalnya suatu sistem terdiri dari 5 sub sistem dan

terjadi gangguan pada sub sistem 3, maka agar sub sistem 3 tersebut tidak berdampak

ke sub sistem lain maka sub sistem 3 tersebut harus dimatikan sehingga sub sistem

lainnya dapat tetap berjalan dengan semestinya.

Selain itu respon alat proteksi terhadap gangguan juga harus cepat agar

gangguan tidak merambat ke sub sistem yang lain, karena bila terlambat beberapa detik

1

saja bisa menyebabkan kerusukan pada sub sistem lain, dimana hal tersebut dapat

menyebabkan kerugian baik dari segi energi maupun materi. Dalam proteksi smart grid

ini dibutuhkan sensor-sensor sebagai acuan alat proteksi untuk bekerja, sensor-sensor

tersebut antara lain sensor arus dan tegangan. Sedangkan komponen-komponen lain

yang di butuhkan seperti mikrokontroler, circuit breaker, fuse, kapasitor sebagai filter

grounding jiika dibutuhkan. Sedangkan untuk jenis-jenis gangguan yang terjadi pada

jaringan tegangan rendah direct current antara lain, gangguan beban lebih (overload),

gangguan hubung singkat , dan gangguan tegangan lebih.

Tujuan akhir dari yang diharapkan dari penelitian adalah merancang alat

proteksi pada sistem distribusi jaringan tegangan rendah direct current sehingga dapat

terciptanya suatu sistem yang aman.

3. Rumusan masalah

Agar dapat diketahui apa yang akan dikaji dalam rancang bangun ini, terdapat beberapa

perumusan masalah. Rumusan masalah tersebut antara lain:

1. Bagaimana jenis-jenis gangguan yang ada pada sistem jaringan tegangan rendah direct

current.

2. Bagaimana rancang sistem proteksi untuk sistem jaringan tegangan rendah direct current.

3. Bagaimana koordinasi proteksi pada sistem jaringan tegangan rendah direct current.

4. Bagaimana respon waktu alat proteksi dalam mengatasi gangguan.

4. Batasan masalah

Akibat banyaknya kemungkinan yang akan terjadi dalam rancang bangun ini,

dibutuhkan batasan-batasan masalah. Batasan masalah tersebut antara lain:

1. Sensor yang digunakan sensor arus dan sensor tegangan.

2. Tegangan dasar distribusi adalah 48 volt.

3. Diasumsikan baterai berada pada kondisi terisi penuh.

4. Jenis relay yang digunakan adalah solid state relay

5. Kontroler untuk kordinasi proteksi menggunakan ATMEGA 32 atau arduino

5. Tujuan

Penelitian ini bertujuan untuk merancang dan membuat sistem proteksi pada jaringan

tegangan rendah direct current dengan menggunakan solid state relay

2

6. Manfaat

Manfaat dari penulisan penelitian ini adalah untuk memberikan rujukan perancangan

sistem proteksi pada jaringan tegangan rendah direct current.

7. Sistematika penulisan

BAB I : PENDAHULUAN

Berisi latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan,

manfaat, dan sistematika penulisan

BAB II : TINJAUAN PUSTAKA

Berisi dasar teori yang digunakan untuk dasar penelitian dan untuk

mendukung permasalahan yang diteliti.

BAB III : METODOLOGI PENELITIAN

Berisi tahapan penyelesaian skripsi yang meliputi studi literatur,

perancangan alat, pengujian alat, pengambilan data, perhitungan, dan

analisis data.

BAB IV : PERANCANGAN DAN PEMBANGUNAN ALAT

Berisi tentang pembahasan, analisis, dan perancangan alat yang

diajukan dalam penelitian.

BAB V : PENGUJIAN DAN ANALISIS

Berisi pengujian dan pengambilan data hasil perancangan alat yang

kemudian digunakan untuk analisis

BAB VI : KESIMPULAN DAN SARAN

Berisi kesimpulan dari perancangan dan pembangunan alat serta saran untuk penelitian

selanjutnya.

8. Tinjauan Pustaka

8.1 Sistem jaringan tegangan rendah direct current

Sistem distribusi jaringan tegangan rendah direct current merupakan salah satu sistem

yang dipertimbangkan sebagai solusi yang menjanjikan untuk mendapatkan keandalan dan

efisiensi energi yang bagus. Dengan semakin banyaknya energi terbarukan dengan keluaran

dc, maka hal ini akan semakin menguntungkan untuk mendukung sistem dc. Meskipun belum

ada standar yang jelas mengenai tegangan dasar pada jaringan tegangan rendah direct current

tapi penelitian semakin banyak dilakukan untuk meninjau tentang sistem ini. jaringan

tegangan rendah direct current biasanya memiliki tegangan di bawah 100 Vdc, sistem

3

jaringan tegangan rendah direct current mempunyai beberapa keuntungan sebegai berikut:

1. Efisiensi sistem, dikarenakan pengurangan energi yang hilang karena konversi energi

menggunakan inverter.

2. Komponen yang lebih sedikit, tidak butuh pertimbangan tentang skin effect,

sinkronisasi, dan daya reaktif

3. Energi terbarukan, hampir semua energi terbarukan menghsailkan keluaran dc maka

tidak perlu konversi karena sistem bus menggunakan dc, hal ini dapat menghilangkan

rugi-rugi daya 2.5% sampai 10%

4. Mengurangi rugi-rugi yang tidak penting, pada sistem dc dengan banyaknya langkah

konversi yang dihindari dan pada setiap langkah mengakibatkan rugi-rugi dan

mengurangi keandalan sistem. Kerana juga tidak adanya arus yang reaktif maka

hampir seluruhnya arus yang dihasilkan sumber sampai ke beban tanpa adanya

legging atau leading.

(a)

(b)

Gambar 8.1 Jenis koneksi jaringan tegangan rendah direct current. (a) koneksi

unipolar;(b) koneksi bipolar

Sumber: P. Salonen (2008:1)

Sistem distribusi jaringan tegangan rendah direct current dapat dibuat dengan 2 tipe

jenis koneksi yaiut sistem uni polar dan sistem bipolar. Perbedaan dari kedua sistem

tersebut adalah level tegangannya. Pada sistem unipolar hanya mempunyai satu level

tegangan, sehingga beban akan terkoneksi dengan satu level tegangan tersebut. Sedangkan

tipe bipolar terdiri dari 2 sistem unipolar yang terhubung seri. Pada sistem bipolar beban

4

dapat terhubung diantara kedua level tegangan tersebut dengan beberapa cara antara lain

diantara kutub positif, diantara kutub negatif, diantara kutub positif dan negatif, dan diantara

kutub positif dan negatif dengan netral.

8.2 Tujuan Dasar Sistem Proteksi

Tujuan mendasar dari sistem proteksi adalah untuk menyediakan isolasi dari masalah

yang ada dengan cepat, sehingga gangguan meyeluruh terhadap sistem dapat di minimalisir.

Perlu diperhatikan dengan adanya sistem proteksi bukan berarti peralatan tersebut dapat

mencegah terjadinya gangguan atau masalah. Alat-alat proteksi akan hanya bekerja saat

terjadi keaadan-keaadan abnormal pada sistem dengan indikasi-indikasi tertentu yang telah

ditentukanm pada sistem. Lima aspek dasar dari sistem ptroteksi adalah

1. Reliability: kehandalan dari alat proteksi dalam mengatasi gangguan.

2. Selectivity: kemampuan proteksi dalam memaksimalkan kontunuitas sistem dengan

pemutusan sistem yang minimum.

3. Speed of operation: Meminimalkan durasi gangguan, kerusakan alat, dan

ketidakstabila sistem.

4. Simplicity: meminimalkan alat proteksi dan rangkain sirkuit yang terkait dengan

tujuan dari proteksi

5. Economics: memaksimalkan proteksi dengan biaya seminimal mungkin.

8.2.1 Reliability

Reliability mempunyai dua aspek yaitu dependability dan security. Dependability

didefinisikan sebagai “tingkat kepastian bahwa rele atau sistem rele akan beroprasi secara

benar”(IEEE C 37.2). Security “ berkaitan dengan tingkat kepastian bahwa rele atau

sistem rele tidak akan beroprasi secara benar”(IEEE C37.2). Dengan kata lain,

dependability mengindikasikan kemampuan dari sistem proteksi bekerja secara maksimal

ssat dibutuhkan, sedangkan security adalah kemampuan untuk mennghindari operasi yang

tidak perlu saat sistem dalam keadaan normal.

Dependebility sangat gampang untuk memastikannya, dengan cara melakukan

pengujian terhadap sistem proteksi untuk memastikan sistem proteksi tersebut beoperasi

sebagaimana mestinya ketika ambang operasi telah terlewati. Untuk security lebih susah

untuk memastikannya, akan terdapat hampir berbagai macam variasi dari keadaan

transient yang mungkin mengacaukan sistem proteksi dan kesimpulan dari semua

kemungkinan akan sulit dan tak terprediksi.

5

Gambar 8.2 Sistem koneksi AC dengan proteksi sirkuit DC trip.

Sumber: T.J Domin(2007:46)

Sebagaimana pada umumnya, meningkatkan security akan cenderung mengurangi

dependability dan juga sebaliknya. Sebagai ilustrasi, rele tunggal kontak trip yang ada

pada Gambar 8.2 merepresentasikan dependability yang bagus, tapi mempunyai potensi

yang tidak sengaja tertutup dikarenakan keadaan transient yg tidak diantisipasi atau

karena kesalahan manusia yang tidak dikehendaki dalam operasi. Untuk menimalisasi

potensi tersebut, rele kedua seperti detektor gangguan, dapat digunakan dengan

kontaknya di seri deng sirkuit trip DC. Sehingga sekarang kedua kontak harus tertutup

untuk membuat circuit breaker trip, dimana harus terjadi untuk kondisi yang tidak bisa

ditoleransi. Hal ini meningkatkan tingkat security dari sistem, sehingga agak kurang

mungkin jika terjadi gangguan akan menyebabkan kedua rele tersebut beroprasi secara

bersamaan. Bagaimanapun, dependability telah berkurang, untuk itu sekarang

memerlukan kedua rele bekerja secara benar. Pengaturan ini digunakan karena nilai dari

dependability masih cukup tinggi bersamaan dengan peningkatan securrity. Security

dengan demikian sangat penting(sama pentingnya dengan dependability).

6

8.2.2 Selectivity

Rele telah ditetapkan sebuah area sebagai zona proteksi primer, tapi rele-rele tersebut

mungkin juga dapat beroperasi dalam menanggapi kondisi diluar zona primer. Dalam

contoh ini, rele-rele menyediakan proteksi cadangan untuk area diluar zona primernya. Ini

ditujukan sebagai backup atau diluar batas zonanya.

Selectivity (dikenal juga sebagai koordinasi rele) adalah sebuah proses dalam

menetapkan dan mengatur rele proteksi yang diluar jangkuan rele lain sehingga rele-rele

tersebut beroperasi secepat mungkin dalam zona primernya masing-masing, tapi agak

terlambat pada zona cadangannya. Hal ini penting untuk memberikan izin kepada rele

primer yang di tugaskan beroperasi pada zona cadangannya. Sebaliknya kedua set rele

dapat beroperasi terhadap gangguan pada areayang ada diluar jangkuan. Operasi dari

proteksi cadangan adalah salah dan tidak diinginkan kecuali kalau proteksi primer dari

area tersebut gagal untuk menghilangkan gangguan. Karena itu, selectivity atau

koordinasi rele sangat penting untuk memaksimalkan keberlangsungan sistem dengan

minimum sistem yang terputus.

8.2.3 Speed

Sangat jelas yang diinginkan sebuah sistem proteksi yang dapat menghilangkan

gangguan secepat mungkin. Dalam beberapa hal ini adalah hal yang sangat

memungkinkan tapi disisi lain dengan termasuknya selectivity pada alat proteksi, semakin

cepat operasi alat proteksi dapat tercapai dengan sistem proteksi yang kompleks dan

harga yang lebih mahal. Zero time atau kecepatan yang sangat tinggi oleh alat proteksi,

mungkin dapat menyebabkan penambahan angka dari operasi yag tidak diinginkan.

Seperti pada umumnya, semakin cepat kerja proteksi maka kemungkinan yang semakin

besar pula terhadap hasil operasi atau kerja alat proteksi yang tidak secara benar, karena

perbedaan keadaan transient yang bisa ditoleransi dan tidak bisa ditoleransi merupakan

selisih waktu yang sangat kecil, hal ini bisa menyebabkan kemungkina alat proteksi

bekerja tidak benar.

Sebuah rele yang bekerja dengan kecepatan yang sangat tinggi, bekerja dengan waktu

kurang dari 50 mili detik(tiga siklus pada 60 Hz)(IEEE 100). Istilah “instanteneous”

didefinisikan untuk indikasi tidak ada waktu delay yang sengaja dikenalkan terhadap

perlatan(IEEE 100). Pada prakteknya, istilah “instanteneous” “high dan speed” yang

digunakan secara bergantian untuk mendeskripsikan rele proteksi yang bekerja dibawah

50 mili detik.

Circuit breaker modern dengan kecepatan tinggi bekerja pada waktu antara 17-50 mili

7

detik(1-3 siklus pada 60 Hz);ada juga yang bekerja pada 83 milidetik(5 siklus pada 60

Hz). Dengan demikian, total waktu untuk menghilangkan gangguan(rele dan breaker)

berkisar antara 35-130 mili detik(2-8 siklus pada 60 Hz).

Pada sistem dengan tegangan yang lebih rendah, dimana koordinasi waktu yang

dibutuhkan antara rele proteksi, waktu operasi rele pada umumnya akan melambat;

biasanya 0.2-1.5 detik untuk zona primer. Waktu rele zona primer jika lebih dari 0.2-1.5

tidak biasa untuk gangguan pada zona primer, tapi hal itu mungkin dan bisa terjadi.

Dengan demikian speed merupakan hal yang penting, tapi tidak harus selalu dibutuhkan

speed, maupun speed akan selalu diusahakan untuk mendapatkan speed yang tinggi

tanpaa biaya tambahan dan kompleksitas.

Kecepatan rele akan sangat penting saat fasilitas proteksi berada dalam area stabilitas

sensitif jaringan sistem listrik. Semakin cepat gangguan yang dihilangkan mengurangi

umlah generator yang dapat berfugsi selama gangguan.

8.3.4 Simplicity

Sistem proteksi rele harus terjaga tetap simpel atau sederhana dan semudah mungkin

selama masih bisa mencapai tujuan dari sistem proteksi. Setiap penambahan unit atau

komponen yang mungkin bisa mingkatkan sistem dari proteksi, tapi belum tentu

bersig=fat persyaratan dasar dari proteksi harus dipertimbangkan secara hati-hati. Seperti

yang telah ditekankan, kesalahan operasi atau tidak tersedianya proteksi dapat

menyebabkan bencana dalam sistem daya. Masalah dalam sistem proteksi bisa menimpa

sistem secara keseluruhan.

Peningkatan terhadap penggunaan solid state dan teknologi digital dalam rele

proteksi memberikan banyak kemungkinan untuk peningkatan peralatan yang semakin

canggih. Mungkin akan ada beberapa penambahan baik pada proteksi maupun

komponennya, namu dala setiap penambahan harus di evaluasi secara hati-hati untuk

memastikan penambahan tersebut akan berkontibusi dalam meningkatkan sistem

proteksi.

8.3.5 Economic

Ekonomis adalah hal yang sangat mendasar, sebisa mungkin membuat sistem proteksi

dengan maximum tapi juga dengan biaya yang minimum, dan biaya selalu menjadi salah

satu faktor yang harus diperhatikan. Pertimbangan harga proteksi akan sangat

diperhatikan berkaitan dengan kualitas sistem yang akan dibuat. Harga proteksi akan

terlihat mahal jika hanya diliat dari satu sisi, namu jika dilihat dari sisi lain yaitu

kerusakan alat bahkan sistem yang mungkin terjadi jika tidak ada proteksi mungkin

8

proteksi akan mempunyai harga yang sepadan dengan tanggung jawab proteksi tersebut

terhadap keberlangsungan sistem.

8.3 Jenis Gangguan Pada Sistem DC

Gambar 8.3 Jenis gangguan hubung singkat line to line

Sumber: J.M Candelaria (2012:12)

untuk sistem dc terdapat beberapa jenis gangguan yang dapat menyebabkan keadaan

abnormal pada sistem, jenis gangguannya antara lain, line to line/hubung singkat, beban

lebih, tegangan lebih, dan tegangan kurang . Gangguan line to line terjadi saat bagian negatif

dan positif saling berkenaan atau short, line to ground terjadi saat bagian dari negatif atau

positif short terhadap ground, beban lebih sebenarnya bukan gangguan murni, tetapi bila

dibiarkan terus menerus berlangsung dapat merusak peralatan listrik yang dialiri arus

tersebut, pada saat gangguan ini terjadi arus yang mengalir melebihi dari kapasitas peralatan

listrik dan pengaman yang terpasang. Tegangan kurang dalam sistem ini biasanya terjadi saat

cuaca yang berawan atau hujan sumber berupa baterai lama kelamaan akan habis sehingga

tegangan pada baterai akan berkurang sehingga beban tidak bisa mendapatkan level tegangan

yang seharusnya jika hal ini terus menerus dibiarkan makan baterai akan bocor.

8.3.1 Line to Line

Gangguan line to line sistem koneksi kabel mungkin akan jarang terjadi pada kabel

tersebut, tapi jika di udara gangguan line-to line dapat terjadi karena gangguan dari objek

lain yang dapat membuat kabel positif dan negatif short. Gangguan ini juga dapat terjadi

jika ada kesalahan switching pada peralatan sehingga dapat menyebabkan hubungsingkat.

8.3.2 Beban Lebih

Gangguan beban lebih pada prinsipnya hampir sama dengan dua gangguan di atas

yaitu menyebabkan arus lebih. Sama halnya dengan gangguan yang lain gangguan beban

9

lebih ini juga dapat menyebabkan kelainan pada sistem yang dapat menyebabkan sistem

rusak. Salah satu kasus yang tejadi semisal terjadi gangguan sehingga memaksa salah satu

baterai harus mati sedangakan beban yang dipikul sama sehingga hal ini akan menyebabkan

arus meningkat tinggi sehingga dapat menyebabkan peralatan-peralatan rusak. Sehingga

dalam kasus ini diperlukan proteksi.

8.4 Sistem Proteksi DC

Pada sistem AC keamanan dari sistem baik terhadap manusia maupun terhadap

peralatan-perlatan merupakan hal yang penting. Pada sistem dc yang mulai dikembangkan

secara pesat selama 1 dekade terakhir keamanan atau proteksi juga akan menjadi sangat

penting dimana sistem dc sangat memungkinkan untuk menggantikan sistem ac yang selama

ini kita gunakan. Tidak jauh berbeda dengan jenis- jenis gangguan yang ada pada sistem ac,

pada penelitian ini akan ada beberapa jenis gangguan yang mungkin terjadi pada sistem dc

antara lain short circuit yaitu konduktor antar kabel fasa dengan netral saling bersentuhan

yang meyebabkan gangguan short circuit dan ada juga gangguan ground(konduktor-ground).

Meskipun penetapan standar tentang bagaimana sistem proteksi pada sistem dc belum di

tetapkan, banyak metode yang telah dikemukakan, tapi kebanyakan metode yang

dikemukakan di peruntukan HVDC. Hal ini dikarenakan HVDC telah ada yang di buat pada

beberapa wilayah selain itu topik tentang HVDC telah mengemuka terlebih dahulu.

Bagaimanapun secara konsep dan ide tidak terlalu jauh dari sistem jaringan tegangan rendah

direct current. Berikut beberapa metode yang telah dikemukakan.

8.4.1 Proteksi DC Dengan Peralatan DC

Proteksi dc dengan menggunakan peralatan dc merupakan suatu pilihan yang lebih

bagus dibanding dengan proteksi dc dengan menggunakan peralatan dc. Peralatan proteksi

dc dapat bertindak lebih cepat dibanding menggnakan peralatan ac. Beberapa proteksi

dengan menggunakan peralatan dc akan dijelaskan di bawah ini.

8.4.1.1 IBGT Circuit Breaker

Sebuah IGBT (IGBT-CB)circuit breaker memanfaatkan kemampuan blocking

daris solid state drives. Sama seperti IGBT lainnya dalam konverter, IGBT-CB di

konfigurasikan dengan dioda anti paralel. Satu-satunya kekurangan dari IGBT-CB

adalah sebuah alat uni-directional. Ilustrasi nya ada pada gambar 3.4 dibawah. Ketika

gangguan terjadi pada saluran dc IGBT dapat menahan arus

gangguan(direpresentasikan pada gambar 3.4 dengan garis putus-putus). Jika terjadi

10

pada sisi konverter, maka dioda anti paralel akan mengalirkan arus(direpresentasikan

dengan garis solid pada gambar 3.4. pada skenario ini IGBT-CB harus mengandalkan

blocking yang dilakukan oleh IGBT dalam konverter.

Untul sistem dua terminal, IGBT-CB dapat ditempatkan pada masing-masing

konverter, satu pada sisi positif dan satunya lagi pada sisi negatif seperti yang terlihat

pada gambar 3.4. saklar dc yang cepat digunakan pada IGBT-CB, dimana itu

digunakan untuk mengisolasi saluran setelah arus gangguan telah dihilangkan. Harus

diperhatikan bahwa saklar tidak bisa memutus arus dan hanya bisa terbuka setelah

gangguan telah dihilangkan. Ketika sistem kontrol mendeteksi gangguan pada saluran,

IGBT-CB akan meneriman sinyal gate untuk membatasi arus. Ketika arus gangguan

telah dihilangkan saklar dc akan terbuka dan mengisolasi saluran. Untuk menentukan

jika gangguan sementara atau permanen, saklar dc dan IGBT-CB akan tertutup. Jika

gangguan telah dihilangkan dari sistem maka sistem akan bekerja seperti normal.

Ketika gangguan masih ada, saluran akan terisolasi lagi dan gangguan permanen akan

diketahui.

Keuntungan menggunaka IGBT-CB adalah seluruh konverter tidak mati pada

kasus gangguan ground. IGBT-CB juga dapat terbuka lebih cepat dibading dengan

peralatan ac. Tapi setiap alat memiliki kelemahan begitu juga dengan IGBT-CB,

kelemahannya adalah tidak dapt memproteksi rel dc pada rectifier.

Gambar 8.4 Rangkaian IGBT-CB

Sumber: J.M Candelaria (2012:19)

11

8.4.1.2 Converter Embedded Devices

Converter embedded devices memproteksi komponen yang ada di dalam VSC

untuk mendeteksi dan mengisolasi gangguan dc. Metode ini menghilangkan beberapa

alat tambahan, dan juga mengurangi biaya. Bagaimanapun desain ulang konverter

diperlukan. Konverter menggunakan dua buah ETO dalam sebuah konfigurasi paralel

untuk agar bisa melakukan switching dan juga proteksi. ETO memilik rating tegangan

dan arus yang lebih tinggi dibanding dengan IGBT. Gambar 3.5 mengilustrasikan

konfigurasi konverter. Dalam operasi normal tand X pada ETO beroperasi sebagai

saklar, sedangkan Y sebagai dioda anti paralel. Jika terjadi gangguan ETO X akan

melblokir sedangkan ETO Y akan membiarkan ganggua. Setelah ganngguan tersebut

di identifikasi sebagai gangguan permanen maka ETO Y akan terbuka.

Proteksi lain dengan menerapkan IGBT dan dioda antiparalel dapat dilihat

pada gambar 3.6. submodul konverter menyediakan dua level proteksi. Level pertama

memproteksi konverter agar tidak mati selama saklar gagal beroprasi. Pada kasus

saklar gagal, submodul akan menutup saklar K1. Pada level kedua proteksi beroperasi

pada keadaan dibawah gangguan, seperti yang telaj dikemukakan sebelumnya, saklar

memblokir dan dioda antiparalel mengalikrkan gangguan dibawah kondisi gangguan.

Dioda freewheeling dalam VSC tidak dapat menahan arus lonjak yang tinggi dan

dapat berbahaya sebelum gangguan dihilangkan. Soludi untuk memotong IGBT dan

dioda anti paralel dengan menggunakan thyristor k2. Tujuannya adalah untuk

menahan lonjakan arus yang tinggi. Memproteksi dioda anti parelel sampai gangguan

hilang.

Proteksi ini mengijinkan kontrol konverter tambahan dan menambah rating

arus dari alat pensaklraran, dan juga mengurangi jumlah komponen yang dibutuhkan

untuk proteksi. Kelemahan dari cara ini adalah harys mematikan seluruh konverte

ketika terjadi gangguan permanen. Sistem ini akan bekerja secara maksimal pada

sistem dua terminal tapi dapat mnyebakan msalah pada sistem multi terminal.

12

Gambar 8.5 ETO pada VSC-HVDC

Sumber: J.M Candelaria (2012:20)

Gambar 8.6 Modul konverter VSC-HVDC

Sumber: J.M Candelaria (2012:20)

13

8.4.1.3 Rele Arus Lebih

Berdasarkan karakteristik rele arus lebih dibagi menjadi tiga yaitu, rele

definite current, rele definite time, rele inverse time

Gambar 8.7 Karakteristik rele arus lebih

Sumber: electrical-engineering-portal.com

Rele definite current bekerja dengan cepat ketika arus mencapai batas nilai

yang telah di tentukan, sehingga jika arus telah mencapai batas yang di tentukan maka

circuit breaker akan langsung membuka rangkaian. Rele jenis ini memiliki tingkat

selektivitas yang rendah, jika pengaturan rele berdasarkan kondisi gangguan

maksimum pengaturan ini mungkin tidak sesuai untuk kondisi kondisi gangguan

tingkat yang rendah.

Rele definite time beroprasi pada waktu tertentu. Pengaturan bisa disesuaikan

untuk mengatasi berbagai level arus yang menggunakan perbedaan waktu operasi.

Kerugian dari rele ini adalah rele ini berada pada dekat sumber utama sehingga

memungkinkan waktu yang lebih lama dalam menghilangkan gangguan.

Rele invers time beroprasi sesuai dengan waktu yang ditentukan, dimana rele

berbanding terbalik dengan arus gangguan. Rele ini biasanya untuk mengantisipasi

arus starting motor yang cukup besar namun hanya butuh waktu singkat. dengan

menggunakan rele ini cicuit breaker tidak akan langsung trip saat starter motor karena

rele ini akan menyesuaikan dengan karakteristik motor itu sendiri. Kelebihan rele ini

adalah rele ini mempunyai tingkat selectivity yang bagus.

14

8.5 Perhitungan Arus Hubung Singkat

Perhitungan arus hubung singkat pada dc telah ditetapkan sesuai dengan IEC 61660-1.

Pada prinsipnya arus hubung singkat dapat didefinisikan dalam fungsi waktu, i1(t)

menggambarkan rentang waktu tp dari awal mula hubung singkat sampai arus maksimal

hubung singkat ip(arus puncak hubung singkat) dan fungsi waktu i2(t), menggambarkan

waktu penurunan arus hubung singkat sampai keadaan hampir steady state. Peralatan yang

berpengaruh terhadapa arus hubung singkat pada dc antara lain:

Kapasitor

Baterai(umumnya tipe lead acid)

Rectifier(IEC 61660-1untuk sistem 50 Hz, pada sistem 60 Hz masih dalam

pertimbangan lebih lanjut)

Motor dc penguat terpisah

Gambar 8.8 grafik standard arus hubung singkat( IEC 61660-1:1997)

Sumber: J. Schlabbach (2008;167)

Fungsi waktu pada grafik diatas dapat di hitung dengan rumus:

i1 (t )=i p∗1−e−t /τ 1

1−etp / τ1

untuk 0≤ t ≤tp (8-1a)

i2(t)¿ ip ¿ untuk t p≤ t ≤ T k (8-1b)

Jika tidak ada beda maksimum dari arus hubung singkat, maka ip = ik.

8.5.1 Arus Hubung Singkat dari Baterai

waktu naik(rise-time) konstan dari arus hubung singkat pada baterai selalu

15

bernilai di bawah 100 ms, arus Ik dihitung untuk waktu saat 1 detik setelah awal dari

hubung singkat.

I KB=0.95∗EB

RBBr+0.1∗RB (8-2)

Dimana EB adalah tegangan hubung buka dari baterai, RBBr resistansi dari

baterai, dan RB resistansi yang dibebankan baterai.

Gambar 8.9 Faktor k1C untuk perhitungan waktu naik konstan( IEC 61660-1:1997)

Sumber: J. Schlabbach (2008:171)

Gambar 8.10 Perhitungan k2C untuk perhitungan penurunan waktu konstan (IEC 61660-

1:1997)

Sumber: J. Schlabbach (2008:171)

16

Arus puncak hubuf singkat ipB dihitung menggunakan tegangan baterai EB

dengan rumus ; i pB=EB

RBBr (8-3)

Kemungkinan batas dari nilai konstan waktu naik τ1 B dan waktu puncak τ pB , keduannya

tergantung pada δ

1δ= 2

RBBr

LBBr

+1/T B (8-4)

Gambar 8.11 Waktu konstan naik τ1 B dan waktu puncak τ pB dari arus hubung singkat dari

baterai(IEC 61660-1:1997)

Sumber: J. Schlabbach (2008:172)

Dimana LBBr adalaah reaktansi baterai dan TB adalah waktu konstan dari baterai

diasumsikan TB = 30 ms. Waktu konstan penurunan di set pada τ 2B = 100 ms.

8.6 Solid State Relay

Sebuah solid state relay (SSR) adalah saklar elektronik, yang tidak seperti sebuah relay

elektromekanis tidak berisi bagian yang bergerak. Jenis SSR adalah foto-coupled SSR,

transformer-coupled SSR, dan hibrida SSR Sebuah foto-digabungkan SSR dan dikontrol oleh

sinyal tegangan rendah yang terisolasi secara optik dari beban. Sinyal kontrol dalam foto

17

yang biasanya digabungkan dengan SSR energi adalah sebuah LED yang mengaktifkan

sebuah foto-dioda sensitif. Dioda berputar pada back-to-back thyristor, silikon penyearah

terkendali, atau MOSFET transistor untuk mengaktifkan beban. Solid state relay dibangun

dengan isolator untuk memisahkan bagian input dan bagian saklar. Solid state relay tidak

akan terjadi percikan api seperti yang terjadi pada relay konvensional. Keuntungan solid-state

relay :

1. Pada solid-state relay tidak teedapat bagian yang bergerak seperti halnya pada

relay. Relay mempunyai sebuah bagian yang bergerak yang disebut kontaktor dan

bagian ini tidak ada pada solid-state relay. Sehingga tidak mungkin terjadi ‘no

contact’ karena kontaktor tertutup debu bahkan karat.

2. Tidak terdapat ‘bounce’, karena tidak terdapat kontaktor yang bergerak paka pada

solid-state relay tidak terjadi peristiwa ‘bounce’ yaitu peristiwa terjadinya pantulan

kontaktor pada saat terjadi perpindahan keadaan. Dengan kata lain dengan tidak

adanya bounce maka tidak terjadi percikan bunga api pada saat kontaktor berubah

keadaan.

3. Proses perpindahan dari kondisi ‘off’ ke kondisi ‘on’ atau sebaliknya sangat cepat

hanya membutuhkan waktu sekitar 10us sehingga solid-state relay dapat dengan

mudah dioperasikan bersama-sama dengan zero-crossing detektor. Dengan kata

lain opersai kerja solid-state relay dapat disinkronkan dengan kondisi zero crossing

detektor.

4. Solid-State relay kebal terhadap getaran dan goncangan. Tidak seperti relay

mekanik biasa yang kontaktornya dapat dengan mudah berubah bila terkena

goncangan/getaran yang cukup kuat pada body relay tersebut.

5. Tidak menghasilkan suara ‘klik’, seperti relay pada saat kontaktor berubah keadaan.

6. Kontaktor output pada solid-state relay secara otomatis ‘latch’ sehingga energi

yang digunakan untuk aktivasi solid-state relay lebih sedikit jika dibandingkan

dengan energi yang digunakan untuk aktivasi sebuah relay. Kondisi ON sebuah

solid-state relay akan di-latc sampai solid-state relay mendapatkan tegangan sangat

rendah, yaitu mendekati nol volt.

18

7. Solid-State relay sangat sensitif sehingga dapat dioperasikan langsung dengan

menggunakan level tegangan CMOS bahkan level tegangan TTL. Rangakain

kontrolnya menjadi sangat sederhana karena tidak memerlukan level konverter.

8. Masih terdapat couple kapasitansi antara input dan output tetapi sangat kecil

sehingga arus bocor antara input output sangat kecil. Kondisi diperlukan pada

peralatan medical yang memerlukan isolasi yang sangat baik.

Kerugian solid-state relay adalah sebagai berikut :

1. Resistansi Tegangan transien. Tegangan yang diatur/dikontrol oleh solid-state relay

benar-benar tidak bersih. Dengan kata lain tidak murni tegangannya berupa sinyal

sinus dengan tegangan peak to peak 380 vpp tetapi terdapat spike-spike yang

dihasilkan oleh induksi motor atau peralatan listrik lainnya. Spike ini level

tegangannya bervariasi jika terlalu besar maka dapat merusakkan solid-state relay

tersebut. Selain itu sumber-sumber spike yang lain adalah sambaran petir, imbas

dari selenoid valve dan lain sebagainya.

2. Tegangan drop. Karena solid-state relay dibangun dari bahan silikon maka terdapat

tegangan jatuh antara tegangan input dan tegangan output. Tegangan jatuh tersebut

kira-kira sebesar 1 volt. Tegangan jatuh ini menyebabkan adanya dissipasi daya

yang besarnya tergantung dari besarnya arus yang lewat pada solid-state relay ini.

3. Arus bocor-‘Leakage current’. Pada saat solid-state relay ini dalam keadaan off atau

keadaan open maka dalam kondisi yang idel seharusnya tidak ada arus yang

mengalir melewati solid-state relay tetapi tidak demikian pada komponen yang

sebenarnya. Besarnya arus bocor cukup besar untuk jika dibandingkan arus pada

level TTL yaitu sekitar 10mA rms.

4. Sukar dimplementasikan pada aplikasi multi fasa.

5. Lebih mudah rusak jika terkena radiasi nuklir.

19

8.7 Rangkaian Op-Amp

Gambar 8.12 Rangkaian sederhana op-amp

Sumber: www.chegg.com

Operational Amplifier atau di singkat op-amp merupakan salah satu komponen

analog yang sering digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronika. Aplikasi op-

amp yang paling sering dipakai antara lain adalah rangkaian inverter, non-inverter, integrator

dan differensiator. Pada Op-Amp memiliki 2 rangkaian feedback (umpan balik) yaitu

feedback negatif dan feedback positif dimana Feedback negatif pada op-amp memegang

peranan penting. Secara umum, umpanbalik positif akan menghasilkan osilasi sedangkan

umpanbalik negatif menghasilkan penguatan yang dapat terukur. Op-amp memiliki tipe-tipe

bermacam-macam tergantung dari kegunaan yang diperlukan. Tipe-tipe opm-amp antara lain

op-amp sebagai komparator, penguat pembalik, penguat tak pembalik, penguat differensiator,

penguat penjumlah, penguat integrator, dan differensiator. Pada penelitian ini op-amp akan

digunakan pada sensor arus dan sensor tegangan dan op-amp yang digunakan adalah op-amp

jenis penguat tak pembalik.

20

Gambar 8.13 Op-amp penguat tak pembalik

Sumber: en.wikipedia.org

Penguat non pembalik merupakan kebalikan dari penguat pembalik, dimana input

dimasukkan pada input non inverting sehuingga polaritas output akan sama dengan polaritas

input tapi memiliki penguatan yang tergantung dari besarnya R feedback dan R input. Rumus

penguat tak pembalik adalaha sebagai berikut

V out=V ¿( R1+R2

R2) (8-5)

Dengan demikian, penguat tak pembalik memiliki penguatan minimum bernilau 1 karena

tegangan sinyal masukan pada penguat operasional maka impedansi masukan bernilai Z¿≈ ∞.

8.8 Mikrokontroler

Mikrokontroler adalah piranti elektronik berupa IC (integrated circuit)yang memiliki

kemampuan manipulasi data (informasi) berdasarkan suatu urutan instruksi (program). Dalam

sebuah struktur mikrokontroler akan kita temukan juga komponen-komponen seperti

processor, memory, clock, dll.

Salah satu arsitektur mikrokontroler yang terdapat di pasaran adalah jenis AVR

(Advanced Virtual RISC). Arsitektur mikrokontroler jenis AVR ini pertama kali

dikembangkan pada tahun 1996 oleh dua orang mahasiswa Norwegian Institute of

Technology yaitu Alf-Egil Bogen dan Vegard Wollan. Dalam perkembangannya, AVR dibagi

menjadi beberapa varian yaitu AT90Sxx, ATmega, dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang

membedakan masing-masing varian adalah kapasitas memori dan beberapa fitur tambahan

saja.

Pemrograman mikrokontroler AVR dapat menggunakan low level language (assembly)

dan high level language (C, Basic, Pascal, JAVA, dll) tergantung compiler yang digunakan.

Salah satu yang banyak dijumpai di pasaran adalah AVR tipe ATmega, yang tediri dari

beberapa versi, yaitu :ATmega8535, ATmega16, ATmega162, ATmega32, ATmega324P,

ATmega644, ATmega644P, dan ATmega128.

Pada pembahasan ini mikrokontroler yang digunakan adalah AVR ATmega32. Berikut

21

ini adalah tampilan ATmega32:

(a) (b)

Gambar 8.14 (a) Bentuk fisik ATMEGA 32 (b) Daftar pin yang ada di ATMEGA 32

Sumber:ATMEGA 32 datasheet (2011:2)

Untuk meningkatkan kemampuan, mikrokontroler AVR ATmega32 menggunakan

teknologi RISC (reduced instruction set computer) di mana set instruksi dikurangi lebarnya

sehingga semua instruksi mempunyai panjang 16 bit dan sebagian besar instruksi dieksekusi

dalam single clock,serta pengurangan kompleksitas pengalamatan. Mikrokontroler AVR

menggunakan arsitektur harvard dengan memisahkan memori dan jalur bus untuk program

dan data agar meningkatkan kemampuan karena dapat mengakses program memori dan data

memori secara bersamaan.Mikrokontroler AVR memiliki fast access register file dengan 32

register x 8 bit. Dengan 32 register AVR dapat mengeksekusi beberapa instruksi sekali jalan

(single cycle). 6 dari 32 register yang ada dapat di gunakan sebagai indirect address register

pointer 16 bit untuk pengalamatan data space, yang memungkinkan penghitungan alamat

yang efisien.

Mikrokontroler merupakan suatu alat yang di dalamnya sudah terintegrasi dengan I/O

port, RAM, ROM sehingga dapat digunakan untuk berbagai keperluan kontroler.

Mikrokontroler AVR ATmega32 merupakan low power CMOS mikrokontroler 8 bit yang di

kembangkan oleh atmel dengan arsitektur RISC(reduced instruction SET computer) sehingga

dapat mencapai troughput eksekusi instruksi 1 MIPS (million instruction per second).

Mikrokontroler AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas yaitu kelas ATtiny, kelas AT90xx,

keluarga ATmega, dan kelas AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing

22

kelas adalah memori, peripheral, speed, operasi tegangan, dan fungsinya. Sedangkan dari

segi arsitektur dan instruksi yang di gunakan bisa di katakan hampir sama.

Penjelasan konfigurasi pin pada mikrokontroler AVR ATmega32 secara umum:

1. Pin 1 sampai 8 (port B) merupakan port paralel 8 bit dua arah (bidirectional) yang dapat

di gunakan untuk general purpose dan special feature.

2. Pin 9 (reset) jika terdapat minimum pulse pada saat active low.

3. Pin 10 (VCC) di hubungkan ke VCC (2,7-5,5 Volt).

4. Pin 11 dan 31 (GND) di hubungkan ke ground.

5. Pin 12 (XTAL 2) adalah pin masukan ke rangkaian osilator internal, sebuah osilator

kristal, atau sumber osilator luar dapat di gunakan.

6. Pin 13 (XTAL 1) adalah pin keluaran ke rangkaian osilator internal, pin ini di pakai bila

menggunakan osilator kristal.

7. Pin 14 sampai 21 (port D) adalah port 8 bit dua arah (bi-directional I/O) port dengan

internal pull-up resistors digunakan untuk general purpose dan special feature.

8. Pin 22 sampai 29 (port C) adalah port 8 bit dua arah (bi-directional I/O) port dengan

internal pull-up resistors digunakan untuk general purpose dan special feature.

9. Pin 30 adalah AVCC, pin penyuplai daya untuk port ADC jika menggunakan ADC

dengan referensi VCC.

10. Pin 32 adalah A REF pin yang berfungsi sebagai referensi untuk pin analog jika ADC

digunakan.

11. Pin 33 sampai 40 (port A) adalah port 8 bit dua arah arah (bi-directional I/O) port dengan

internal pull-up resistors digunakan untuk general purpose.

Pin pada ATMEGA 16 dapat memiliki beberapa fungsi, tergantung program yang

mengoperasikan. Lebih lengkapnya, daftar konfigurasi port ATMEGA 32 dapat dilihat pada

gambar 8.18 (b).

23

9. Metodologi Penelitian

Kajian yang dilakukan dalam skripsi adalah perancangan kordinasi proteksi untuk

pada sistem jaringan tegangan rendah direct current. Metode yang digunakan untuk

mewujudkan perancangan alat proteksi tersebut seperti pada diagram alir di bawah ini.

Gambar 9.1 Diagram alir metodologi penelitian

9.1 Studi Literatur

Studi literatur dilakukan untuk mendapatkan pengetahuan dasar tentang segala

sesuatu yang mendukung perancangan serta pembuatan alat ini. Pembuatan sistem ini

menggunakan referensi dari buku-buku maupun artikel/jurnal dari internet agar mengetahui

prinsip kerja, karakteristik komponen, serta teori yang menunjang.

24

9.2 Perancangan Alat

9.2.1 Perancangan Sistem

Perancangan ini bertujuan untuk membuat sebuah sistem proteksi pada sistem

jaringan tegangan rendah direct current, dimana pada perancangan ini akan di perlukan

beberapa alat yang nantinya akan menunjang penelititan. Untuk perancangan sistem akan

terbagi menjadi 3 antara lain blok diagram sistem, komponen-komponen pada sistem, dan

single line diagram sistem.

9.2.1.1 Blok Diagram Sistem

Gambar 9.2 Blok diagram sistem

Blok diagram diatas menjelaskan secara garis besar bagaimana alat proteksi akan

bekerja nantinya. Sistem menggunakan baterai yang berupa lead acid sumber utama yang.

Sebelum ke beban akan ada sensor arus dan sensor tegangan yang dipasang secara paralel

dengan baterai, jika tidak ada gangguan maka arus akan mengalir sampai ke beban. Jika

terjadi keadaan abnormal dikarenakan gangguan maka sensor arus dan sensor tegangan akan

25

memberikan sinyal ke mikrokontroler dan mikrokontroler akan memberikan perintah

kepada rele untuk bekerja. Fungsi-fungsi dari setiap blok adalah sebagai berikut

1. Baterai = menyimpan energi yang dihasilkan PV

2. Sensor tegangan = membaca setiap tegangan untuk di proses di mikrokontroler

3. Sensor arus= membaca nilai arus untuk di proses di mikrokontroler

4. Mikrokontroler = memberi perintah ke rele apabila terjadi kondisi abnormal

5. Rele = membuka rangkaian jika telah mendapat perintah dari mikrokontroler

6. Driver = konverter untuk menyesuaikan tegangan sumber dengan beban

7. Beban dc = beban yang menggunakan sumber dc

9.2.1.2 Perancangan Komponen-Komponen Pada Sistem

Untuk membuat suatu sistem maka akan di perlukan komponen-komponen atau

peralatan yang dapat menunjang dan mewujudkan terciptanya suatu sistem yang terpadu

dan juga terkoordinasi dengan baik. Pada sistem proteksi jaringan tegangan rendah direct

current alat yang digunakan salah satunya adalah rele yang akan di tempatkan pada tiap-

tiap titik yang telah di tentukan. Seperti yang telah dijelaskan pada blok diagram diatas

tentang bagaimana sistem bekerja secara keseluruhan. Berikut komponen-komponen yang

akan digunakan pada sistem beserta dengan fungsinya masing-masing:

1. Perancangan Baterai (Lead acid)

Penelitian ini akan menggunakan baterai tipe lead acid atau aki. Pemilihan jenis

baterai lead acid dipertimbangkan dari segi ekonomi dan juga baterai jenis lead acid

yang cukup awet. Lead acid yang akan diguakan adalah lead acid kering dikaenakan

tidak butuh biaya lagi dibandingkan dengan lead acid yang tipe basah yang masih

memerlukan isi ulang cairan elektrolit jika cairan elektrolit yang ada pada lead acid

habis. Lead acid yang di gunakan untuk sistem mempunyai tegangan 48 volt yang

terdiri dari 4 buah lead acid 12 volt yang pasang secara seri.

2. Perancangan Sensor Arus dan Tegangan

Sensor arus pada sistem ini berfungsi untuk mendeteksi arus sehingga rele

akan bekerja jika sensor arus membaca nilai arus yang melebihi set point. Untuk set

point dari sensor arus sendiri akan di tentukan dari pemograman mikrokontroler.

Pada sistem ini sensor arus yang di gunakan menggunakan resistor, nilai resistor

yang dipakai adalah 0.1Ω, nilai tersebut digunakan agar nilai jatuh tegangan pada

sisi beban tidak terlalu besar. Nilai arus yang terbaca dari resistor tersebut akan di

26

besarkan agar bisa terbacan oleh mikrokontroler dengan menggunakan op-amp

AD620. Sedangkan untuk sensor tegangan hanya menggunakan sistem pembagi

tegangan. Berikut adalah rangkaian sensor arus dan tegangan

Gambar 9.3 Rangkaian Sensor arus dan tegangan

27

3. Perancangan Solid State Relay(SSR)

Pada perancangan ini alat proteksi yang digunakan adalah solid state relay,

pemilihan ini didasarkan karena kemampuan ssr dalam bekerja yang lebih cepat

dibandingkan dengan relay elektromekanis. Selain itu pada ssr tidak terjadi percikan

api seperti halnya pada relay elektromekanis.

Gambar 9.4 Rangkaian sederhana SSR

Sumber: http://electronics.stackexchange.com

4. Perancangan Sistem Mikrokontroler

Mikrokontroler pada sistem ini akan berfungsi menerima sinyal dari sensor

arus dan sensor tegangan, dimana sudah di tentukan set point untuk nilai arus dan

tegangan yang ada pada kondisi normal sistem. Sehingga jika terjadi kondisi nilai

arus atau tegangan berada di luar set point maka mikrokontroler akan merespon

dengan memberi perintah ke rele untuk bekerja sehingga gangguan dapat diatasi.

Berikut adalah rancangan minimum sistem mikrokontroler.

28

Gambar 9.5 Rangkaian sistem mikrokontroler

5. Perancangan Algoritma Mikrokontroler

Mikrokontroler yang akan digunakan pada penelitian ini adalah

mikrokontroler AVR yang akandi program menggunakan bahasa C. Pemilihan AVR

di karenakan fleksibilitas komponen untuk di program dan juga pertimbangan dari

segi harga yang cukup murah. Berikut adalah diagram alir atau flow chart dari

mikrokontroler

29

Gambar 9.6 Flowchart algoritma mikrokontroler

6. Perancangan beban

Beban yang digunakan pada sistem ini akan terbagi menjadi 2 yaitu beban dc

dan juga beban ac, tapi sebagian besar beban yang digunakan pada sistem ini adalah

beban dc. Beban dc bersifat resistif yaitu beban yang terdiri dari komponen tahanan

ohm, contohnya seperti elemen pemanas(heater), dan lampu. Beban jenis ini hanya

mengkonsumsi beban aktif saja dan mempunyai faktor daya sama dengan satu.

Karakteristik dari beban resistif dapat di rumuskan sesuai dengan hukum Ohm yaitu

30

V=R . I (9-1)

Sedangkan untuk beban ac sebenarnya beban tipe ini sangat gampang

didapatkan karena pada saat ini mayoritas beban yang digunakan adalah beban ac ,

walaupun beban tersebut sebenarnya dc tapi sudah ada konverter dari ac ke dc

dikarenakan input ac yang selama ini diterapkan. Beban yang akan digunakan dapat

dilihat pada tabel 9.1

Tabel 9.1 Jenis-jenis beban pada sistem

No

.

Nama beban Jenis beban

1. Lampu led DC

2. lampu pijar DC

3. Tahanan geser DC

9.2.1.3 Single line diagram sistem

Dengan komponen-kompone yang telah di jelaskan di atas, maka setelah

perancangan komponen selesai akan dibuat perancangan single line diagram sistem. Pada

setiap jalur akan di beri breaker agar menghindari jika terjadi gangguan pada salah satu

beban tidak mengganggu keberlangsungan beban lain. Koordinasi antar breaker sangat

diperlukan pada sistem ini, karena breaker yang terdekat dari gangguan harus trip terlebih

dahulu sebelum terlambat yang bisa mengakibatkan sistem mati. Koordinasi antar alat

proteksi ini akan menggunakan mikrokontroler sehingga dapat dengan cepat merespon

breaker mana yang harus terbuka. Secara umum kesluruhan fungsi proteksi adalah untuk

mendeteksi keadaan abnormal dan menghilangkan keadaan abnormal tersebut secepat

mungkin. single line diagram pada sistem dapat dilihat pada gambar 9.7

31

Gambar 9.7 Single Line Diagram Sistem

9.3 Simulasi

Sebelum melakukan pembuatan alat, kita membutuhkan simulasi guna memperkecil

kemungkinan kegagalan. Berikut simulasi yang akan dilakukan pada penelitian ini.

1. Simulasi Mikrokontroler

2. Simulasi sensor arus

3. Simulasi sensor tegangan

4. Simulasi rele

9.4 Pembuatan alat

1. Perangkat keras

Perangkat keras yang dibuat adalah rangkaian dari masing-masing blok diagram sistem

yang telah dirancang dan disimulasikan sebelumnya.

2. Perangkat lunak

32

Perangkat lunak yang dibuat adalah program yang telah dirancang dan disimulasikan

sebelumnya untuk mengendalikan kinerja dari alat proteksi dan sistem koordinasi

proteksi sistem.

9.5 Pengujian Alat

Pengujian alat pada penelitian ini bertujuan untuk mengetahui tingkat keberhasilan

sistem maka diperlukan pengujian rangkaian, dan juga pengujian pada penelitian ini juga

untuk menganalisis kinerja dari sistem apakah sudah sesuai dengan tujuan dari penelitian.

Berikut adalah beberapa pengujian yang akan dilakukan pada penelitian ini.

9.5.1 Pengujian Sensor Arus dan Tegangan

Pengujian pertama yang dilakukan adalah pengujian untuk sensor arus dan

sensor teganngan, pengujian ini dilakukan pada tahap paling awal dikarenakan

sensor arus dan sensor tegangan merupakan komponen yang akan memberikan input

kepada mikrokontroler, sehingga ketepatan untuk komponen sensor arus dan sensor

tegangan akan sangat di perlukan untuk mendapatkan hasil yang optimal terhadap

pembacaan mikrokontroler. Format tabel pengujian sensor arus dan tegangan dapat

dilihat pada tabel 9.1 dan 9.2

Tabel 9.1 Format hasi pengujian sensor arus

Sensor Arus

No. Tegangan (V) Arus (A) Beban (Ω)

1. 48

2. 48

3. 48

4. 48

5. 48

6. 48

Tabel 9.1 Format hasi pengujian sensor tegangan

Sensor tegangan

No. Tegangan (V) Arus (A) Beban (Ω)

1.

2.

3.

33

4.

5.

6.

9.5.2 Pengujian Mikrokontroler

Pengujian untuk tahap kedua yang akan dilakukan pada penelitian ini adalah

pengujian mikrokontroler. Pengujian ini dilakukan agar mengetahui kinerja dari

mikrokontroler apakah sudah sesuai dengan perancangan secara hardware maupun

program yang telah dirancang. Kemampuan mikrokontroler untuk merespon input

dari sensor arus dan sensor tegangan juga penting karena mikrokontroler akan

memberi perintah ke rele untuk bekerja berdasarkan input arus dan tegangan yang

masuk ke port adc1 dan adc2 mikrokontroler. Selain itu pengujian mikrokontroler

juga untuk mengetahui sistem koordinasi proteksi dari rele, yaitu mikrokontroler

mempunyai kemampuan untuk memilih rele mana yang harus bekerja berdasarkan

letak terjadinya gangguan.

9.5.3 Pengujian Rele

Pengujian untuk tahap berikutnya yang dilakukan adalah pengujian terhadap

rele proteksi. Pengujian ini dilakukan setelah pengujian mikrokontroler karena

mikrokontroler yang akan memberikan perintah ke rele untuk bekerja atau tidak.

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kemampuan rele dalam menghilangkan

gangguan, karena rele harus bekerja dengan cepat agar gangguan yang terjadi tidak

mengganggu keseluruhan sistem. Untuk pengujian rele ini akan terbagi menjadi 4

berdasarkan jenis gangguan yaitu

1. Gangguan hubung singkat

2. Gangguan beban lebih

3. Gangguan overvoltage

4. Gangguan undervoltage

9.5.3.1 Gangguan Hubung Singkat

Gangguan hubung singkat ini bisa terjadi karenan beberapa hal antara lain

hubung singkat karena kutub positif dan negatif atau bisa juga diakibatkan oleh

hubung singkat pada beban. Gangguan hubung singkat akan menghasilkan arus

yang sangat besar yang dapat merusak peralatan pada sistem. Oleh karena itu

perlu proteksi agar sistem bisa tetap berfungsi. Format tabel pengujian untuk

gangguan hubung singkat dapat dilihat pada tabel 9.3.

34

Tabel 9.3 Format hasil pengujian hubung singkat

Gangguan hubung singkat

Rele

No. Tegangan (V) Arus(A) Beban (Ω) Waktu(ms) Open Close

1. 48

2. 48

3. 48

4. 48

5. 48

6. 48

9.5.3.2 Gangguan Beban Lebih

Gangguan beban lebih, bisa terjadi karena mungkin beban melebihi

daya seharusnya sehingga jika beban yang di gunakan semankin meningkat,

daya yang dibutuhkan kan beban bisa melebihi kemampuan sumber sehingga

arus akan semakin meningkat. Oleh karena itu hal ini juga perlu diproteksi agar

sumber tidak mati total yang dapat menyebabkan keseluruhan sistem akan

padam. Format tabel pengujian untuk gangguan beban lebih dapat dilihat pada

tabel 9.4.

Tabel 9.4 Format hasil pengujian beban lebih

Gangguan beban lebih

Rele

No. Tegangan(V) Arus (A) Beban (Ω) Daya(W) Waktu(ms) Open Close

1. 48

2. 48

3. 48

4. 48

5. 48

6. 48

35

9.5.3.3 Gangguan Undervoltage

Gangguan undervoltage/tegangan kurang merupakan gangguan yang

mungkin terjadi pada sistem. Pada sistem yang dirancang ini baterai sebagai

sumber utama akan mungkin habis sehingga saat baterai mau habis tegangan

nominal pada baterai akan turun dan hal tersebut akan menimbulkan gangguan

undervoltage. Dimana hal ini juga akan merusak baterai itu sendiri, atau juga

bisa desebabkan oleh beban yang berlebih sehingga tegangan yang dirasakan

oleh beban akan berkurang dan dapat merusak peralatan elektronik yang

menjadi beban tersebut. Oleh karena itu hal ini juga perlu diproteksi karena

dapat menyebabkan kerugian pada sistem. Format tabel pengujian untuk

gangguan undervoltage dapat dilihat pada tabel 9.5.

Tabel 9.5 Format hasil pengujian gangguan undervoltage

Gangguan undervoltage

Rele

No. Tegangan

sumber (V)

Tegangan

beban(V)

Arus (A) Beban

(Ω)

Waktu

(ms)

Open Close

1.

2.

3.

4.

5.

6.

9.5.3.4 Gangguan Overvoltage

Gangguan overvoltage/tegangan lebih bisa terjadi karena beberapa hal

antara lain gangguan yang disebabkan oleh surja petir. Dengan adanya hubung

surja atau petir maka hal itu akan menyebabkan terjadinya tegangan lebih

36

dimana tegangan lebih tersebut dapat merusak peralatan elektronik. Hal lain

yang dapat menyebabkan gangguan tegangan lebih yaitu surjahubung atau

switching beban yang besar, oleh karena itu perlu diperhatikan pembebanan

maksimum yang diperbolehkan pada sistem karena jika tidak saat pelepasan

beban atau swtching bisa saja terjadi tegangan lebih karena melebihi

pembebanan maksimu dari sistem. Walaupun gangguan ini hanya bersifat

sementara tapi jika ini terjadi makan dapat merusak perlatan atau komponen

elektronik yang ada pada sistem. Oleh karena ini diperlukan juga proteksi agar

dapat mengatasi jenis gangguan tegangan lebih. Format tabel pengujian untuk

gangguan overvoltage dapat dilihat pada tabel 9.5.

Tabel 9.5 Format hasil pengujian untuk gangguan overvoltage

Gangguan overvoltage

Rele

No. Tegangan

sumber (V)

Tegangan

beban(V)

Arus (A) Beban

(Ω)

Waktu

(ms)

Open Close

1.

2.

3.

4.

5.

6.

9.6 Pengambilan kesimpulan

Kesimpulan diambil berdasarkan data yang diperoleh dari pengujian sistem secara

keseluruhan. Jika hasil yang didapatkan telah sesuai dengan yang direncanakan sebelumnya,

maka sistem tersebut telah berhasil memenuhi harapan dan tentunya memerlukan

pengembangan lebih lanjut untuk penyempurnaan.

37

10. Rencana Kegiatan

Pelaksanaan kegiatan ini direncanakan dalam waktu dua bulan dengan kegiatan setiap

bulannya ditunjukkan dalam Tabel 10.1.

Tabel 10.1 Rencana kegiatan

No KegiatanBulan ke-

I II III1 Seminar proposal

2 Studi literatur

3 Perancangan sistem

4 Simulasi

5 Pembuatan sistem

6 Pengujian alat

7 Pengambilan kesimpulan

8 Penyusunan laporan

9 Seminar hasil

11. Daftar Pustaka

Schlabbach, Jurgen. 2008. Short-Circuit Currents. London: The Institution an

Technology.

Blackburn, J.L. & Domin T.J. (2006). Protective Relaying Principles and Aplications

Third Edition. Florida: CRC Press

Candelaria, Jared M.(2012). FAULT DETECTION AND ISOLATION IN LOW-

VOLTAGE DC-BUS MICROGRID SYSTEM. A thesis submitted to the University of

Colorado Denver. Colorado:tidak diterbitkan

38

Salonen P, Kaipia T, Nuutinen P, Peltoniemi, Partanen J.An LVDC Distribution System

Concept. http://lib.tkk.fi/Conf/2008/urn011603

Han J, Oh Y, Gwon G, Kim D, Kim C, Park K. A Study on the Fault Characteristics of

Line Fault in LVDC Distribution System, IEEE Developments in Power System

Protection 12th IET International Conf. Copenhagen, Denmark, march 31 2014- April

3 2014.

39