1

PERANCANGAN SISTEM CONTROL DAN MONITORING GARDU LISTRIK

BERBASIS ARDUINO

Janton Pakpahan1, Rozeff Pramana

2, Deny Nusyirwan

3

Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Teknik, Universitas Maritim Raja Ali Haji

Email: jantonpakpahan0@gmail.com1, rozeff_p@yahoo.co.id

2, denynusyirwan@gmail.com

3

ABSTRAK

Gardu merupakan peralatan distribusi tegangan listrik PLN yang berguna untuk menurunkan

tegangan tinggi (20 KV) ke tegangan rendah (220 V) agar dapat digunakan oleh masyarakat

umum. Tujuan penelitian ini adalah membuat dan merancang perangkat sistem

ketidakseimbangan beban arus lebih pada gardu listrik dengan menggunakan Arduino serta

memberi informasi arus beban lebih antar fasa pada gardu dengan sistem internet. Metode

perancangan perangkat meliputi bagian input yaitu sensor arus, perangkat pengolah data yaitu

Arduino, perangkat pengirim data Shield GSM dan perangkat monitoring yaitu LCD, PC dan

Smartphone. Sensor memiliki respon yang baik pada saat mendeteksi besaran arus yang terdapat

pada gardu listrik. Perangkat sensor arus memiliki tingkat error dengan alat pembanding sekitar

1,04%. Perubahan naik dan turunnya arus listrik di setiap fasa listrik meningkat seiring

pemakaian yang terdapat pada rumah pelanggan listrik. Perangkat sensor arus menunjukkan pada

fasa R mengalami peningkatan pemakaian arus listrik pada malam hari sekitar jam 18.46 hingga

jam 7.46. Perangkat sensor arus pada fasa S menunjukkan pemakaian arus meningkat pada jam

18.46 hingga jam 9.46. Perangkat sensor arus pada fasa T menunjukkan peningkatan pemakaian

arus mulai dari jam 18.46 hingga jam 4.46.

Kata Kunci : Monitoring, Sistem Control, Arduino Uno, Shield GSM, Ketidakseimbangan

Beban,Gardu.

PENDAHULUAN

Kebutuhan energi listrik ditengah masyarakat Indonesia khususnya di Tanjungpinang Kepri

semakin meningkat dari tahun ke tahun, hal ini menyebabkan penyelenggara listrik berupaya

mengalirkan energi listrik kerumah warga. Energi listrik merupakan kebutuhan setiap orang

untuk menghidupkan peralatan elekronik yang saat ini sudah berkembang.

Trafo step down yang dipakai di Indonesia umumnya rata-rata antara 100-250kVa. Setiap trafo

mampu membebani dalam range 20-60 rumah konsumen, maka dari itu pihak penyelenggara

listrik akan memperhatikan kinerja trafo, keseimbangan antar fasa harus diperhatikan untuk

menghindari ketidakseimbangan antar fasa yang akan mengakibatkan rusaknya NH Fuse.

Berdasarkan ketidakseimbangan beban tersebut, maka beban travo akan memuncak, setiap lilitan

yang terdapat dikumparan sisi primer atau dikumparan sisi sekunder pada fasa yang ada di travo

akan memanas, mengakibatkan rusaknya setiap lilitan pada fasa yang ada di travo tersebut.

Setiap travo yang akan mengalami overload tidak dapat dihindari, sehingga dapat mengakibatkan

kebakaran, gardu meledak dengan beban lebih atau dikenal dengan overload.

2

BAHAN DAN METODE

1. Gardu

Gardu distribusi tenaga listrik yang paling dikenal adalah suatu bangunan gardu listrik berisi atau

terdiri dari instalasi Perlengkapan Hubung Bagi Tegangan Menengah (PHB-TM), Transformator

Distribusi (TD) dan Perlengkapan Hubung Bagi Tegangan Rendah (PHB-TR) untuk memasok

kebutuhan tenaga listrik bagi para pelanggan baik dengan Tegangan Menengah (TM 20 kV)

maupun Tegangan Rendah (TR 220/380V), yang berfungsi menyalurkan tegangan listrik

menengah ke tegangan listrik rendah yang dapat dinikmati oleh masyarakat umum buku PLN

(2010).

Gambar 1. Gardu

2. Transformator

Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan

bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu: kumparan pertama

(primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua (sekunder) yang bertindak sebagai

output, dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan. Prinsip

kerja dari sebuah transformator adalah ketika kumparan primer dihubungkan dengan sumber

tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan medan magnet

yang berubah (Julius, 2010).

Gambar 2. Transformator

3. Moulded Case Circuit Breaker ( MCCB )

MCCB merupakan perangkat pengaman pada tegangan menengah yang beroperasi secara

otomatis terhadap beban lebih dan hubung singkat. Prinsip kerja yang dimiliki MCCB yaitu

pengaman thermis untuk gangguan arus lebih dan pengaman magnetic untuk gangguan hubung

singkat. Pengaman thermis ini menggunakan bimetal yang terdiri dari dua lempeng logam yang

3

saling menempel. Pengaman magnetic ini menggunakan koil, ketika terjadi gangguan hubung

singkat maka koil akan terinduksi dan timbul medan magnet (Pefrianus Bunga, 2015).

Gambar 3. MCCB

4. Mikrokontroller Arduino Uno

Arduino Uno adalah Arduino board yang menggunakan mikrokontroler ATmega328. Arduino

Uno memiliki 14 pin digital (6 pin dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog,

sebuah 16 MHz osilator kristal, sebuah koneksi USB, sebuah konektor sumber tegangan, sebuah

header ICSP, dan sebuah tombol reset.

Gambar 4. Arduino Uno

Sumber Daya dan Pin Tegangan Arduino Uno dapat diberi daya melalui koneksi USB (Universal

Serial Bus) atau melalui power supply eksternal. Jika Arduino uno dihubungkan ke kedua

sumber daya tersebut secara bersamaan maka Arduino uno akan memilih salah satu sumber daya

secara otomatis untuk digunakan. Power supplay external (yang bukan melalui USB) (Afrizal

Fitriandi, 2016).

5. SIM900 GSM/GPRS shield

Shield GSM ini yang Arduino pergunakan untuk mengirim data secara online kesemua pengguna

yang dapat berkomunikasi dengan internet. IComSat merupakan suatu modul yang cocok dengan

Arduino, yaitu modul SIM900 quad-band GSM/GPRS. IComSat digunakan untuk pengiriman

data yang menggunakan sistem SMS (Short Message Service). Icomsat dikontrol dengan

menggunakan ATcommands (Afrizal Fitriandi, 2016).

Gambar 5. Shield GSM

4

6. LCD (Liquid Crystal Display)

LCD merupakan suatu jenis penampil (display) yang menggunakan Liquid Crystal sebagai

media refleksinya. LCD juga sering digunakan dalam perancangan alat yang menggunakan

mikrokontroler. LCD dapat berfungsi untuk menampilkan suatu nilai hasil sensor,

menampilkan teks, atau menampilkan menu pada aplikasi mikrokontroler, tergantung dengan

perintah yang ditulis pada mikrokontroller (Afrizal Fitriandi, 2016).

Gambar 6. LCD

7. Web

World Wide Web (WWW) merupakan jaringan dokumentasi yang sangat besar yang saling

berhubungan satu dan lainnya. Satu set protokol yang mendefinisikan bagaimana sistem bekerja

dan mentransfer data, dan sebuah software yang membuatnya bekerja dengan mulus. Web

menggunakan teknik hypertext dan multimedia yang membuat internet mudah digunakan

dijelajahi dan dikonstribusikan. Web merupakan sistem hypermedia yang berarea luas yang

ditujukan untuk akses secara universal (Santosa, 2007).

Perancangan sistem control dan monitoring gardu listrik berbasis Arduino ini dirancang dari tiga

bagian utama, yaitu current transformer sebagai perangkat sensor, Arduino sebagai penerima

dan perangkat pengolah data, serta Shield GSM dan LCD sebagai perangkat monitor. Berikut ini

adalah gambar blok diagram perancangan sistem.

Gambar 7. Blok Diagram Sistem

Perangkat input terdiri dari beberapa sensor seperti sensor arus current transformer pada gardu

listrik. Sensor-sensor akan menjadi sumber informasi pada sistem ini. Current transformer yang

menjadi input data ke Arduino masih dalam berbentuk analog. Data yang dibaca oleh Arduino

akan masuk ke pin VCC (5V) sebagai pin inputan, pin Gnd (0V) sebagai pin negatif dan pin A0

sebagai pin pembaca arus current transformer tersebut. Ketika sensor arus menerima tergangan,

5

maka sensor arus akan mengirim sinyal analog ke Arduino dan akan diolah melalui komunikasi

serial. Setelah dari sensor arus, data akan diteruskan ke Arduino. Arduino merupakan perangkat

utama dari pengolahan data yang dikirim oleh sensor arus pada gardu. Data yang dikirim oleh

sensor arus ini kemudian diproses oleh Arduino untuk menampilkan hasil dalam bentuk digital

melalui LCD, data kemudian dikirim ke shield GSM lalu dikirimkan melalui internet.

Gambar 8. Flow Chart

Tabel 1. Perangkat Tambahan

No Nama Jenis

1 Arduino Uno

2 LCD I2C 16x2

3 Sensor Arus Current

Transformer

4 Switch ON/OFF

5 Resistor 10 K

6 Kapasitor 16 V 10µF

7 PCB Sesuai kebutuhan

8 MCCB 100 A

9 Konektor Sesuai kebutuhan

10 Shield Gsm Sesuai kebutuhan

6

HASIL

Fungsi dari CT adalah mengubah besaran arus dari yang besar ke kecil untuk dapat ditampilkan

dan dapat diukur. Pengujian sensor yang terdapat pada gardu listrik dilakukan dengan

mengambil besaran VDC yang dikeluarkan oleh sensor arus tersebut. Perancangan sensor arus

yang dihubungkan ke Arduino melalui pin input VCC (5V), pin GND, pin A0. Setiap VDC yang

dikeluarkan oleh CT akan dibaca oleh Arduino dan di konversikan menjadi besaran Amper.

Gambar 9. Pengujian Sensor R

1. Pengujian Sensor Arus S

Fungsi dari CT adalah mengubah besaran arus dari yang besar ke kecil untuk dapat ditampilkan

dan dapat diukur. Pengujian sensor yang terdapat pada gardu listrik dilakukan dengan

mengambil besaran VDC yang dikeluarkan oleh sensor arus tersebut. Perancangan sensor arus

yang dihubungkan ke Arduino melalui pin input VCC (5V), pin GND, pin A1. Setiap VDC yang

dikeluarkan oleh CT akan dibaca oleh Arduino dan di konversikan menjadi besaran Amper.

Gambar 10. Pengujian Sensor S

2. Pengujian Sensor Arus T

Fungsi dari CT adalah mengubah besaran arus dari yang besar ke kecil untuk dapat ditampilkan

dan dapat diukur. Pengujian sensor yang terdapat pada gardu listrik dilakukan dengan

mengambil besaran VDC yang dikeluarkan oleh sensor arus tersebut. Perancangan sensor arus

yang dihubungkan ke Arduino melalui pin input VCC (5V), pin GND, pin A2. Setiap VDC yang

dikeluarkan oleh CT akan dibaca oleh Arduino dan di konversikan menjadi besaran Amper.

7

Gambar 11. Pengujian Sensor T

3. Pengujian Arduino

Pada pengujian ini peneliti melakukan pengujian pada port analog adalah sebagai pin input

sensor arus melalui pin 0, pin 1, pin 2, kemudian pin 4, pin 5 diprogram menjadi pin output

untuk LCD dan Shield GSM. Kemudian pada setiap pin dipasang perangkat pendukung seperti

Sensor arus, LCD dan Shield GSM dengan tujuan memastikan semua port berjalan dengan baik,

begitu pula tegangan output diukur untuk memastikan tegangan output sesuai dengan data sheet.

Gambar 12. Pengujian Arduino

Tabel 2. Hasil Pin Arduino

8

4. Pengujian GSM Module

Arduino GSM Shield adalah perangkat yang terintegrasi langsung dengan Arduino. Perangkat

yang terintegrasi dengan Arduino ini harus diuji apakah dapat terkoneksi dengan baik atau tidak.

Pengujian Shield GSM module yaitu menguji tes perangkat agar terkoneksi internet dengan

sempurna, perangkat akan memonitoring semua kinerja sensor arus dari CT gardu oleh Arduino.

Gambar 13. Pengujian Shield GSM

5. Pengujian pengiriman ke Cloud Thingspeak

Pengujian ke cloud thingspeak merupakan monitor kendali jarak jauh, operator penyelenggara

listrik akan melihat dan meninjau segala aktifitas gardu. Pengujian cloud thingspeak ini

bertujuan untuk meninjau besaran arus dari setiap masing-masing fasa gardu. Pengiriman cloud

thingspeak yang dibantu oleh shield GSM yang mengirimkan data keperangkat monitor, dan

kemudian perangkat operator penyelenggara listrik akan meninjau dan memantau gardu secara

terus menerus.

Gambar 14. Pengiriman Cloud ke Thingspeak

6. Pengujian aplikasi Android Pocket IoT

Pengujian aplikasi ini bertujuan untuk mengetahui kinerja perangkat sensor yang ada didalam

gardu listrik. Perancangan IoT merupakan perangkat monitoring, dimana setiap nilai fasa pada

gardu akan dimonitoring diaplikasi ini dan aktifitas gardu akan dikirim ke aplikasi Android

pocket IoT. Aplikasi ini dipergunakan untuk perangkat ponsel smartphone yang tidak dapat

digunakan sebagai aplikasi opensource. Aplikasi ini hanya digunakan untuk perangkat

smartphone yang berhubungan langsung dengan Arduino.

9

Gambar 15. Pengiriman android pocket IoT

7. Pengujian Aplikasi Virtuino

Pengujian aplikasi ini bertujuan untuk menguji alarm ketika arus mengalami kelebihan beban.

Aplikasi ini juga dapat memberi keterangan alarm ketika sudah melebihi batas yang telah

ditentukan, pengiriman perangkat dari Shield GSM ke aplikasi virtuino ini merupakan interface

pengguna untuk memonitoring kegiatan perangkat gardu listrik. Perangkat akan membunyikan

peringatan dengan keras ketika arus pada fasa gardu sudah melebihi batas yang telah perangkat

tentukan. Perangkat ini akan menerima data setiap Shield GSM mengirim data dari gardu listrik.

Gambar 16. Alarm peringatan ketika Arus telah melebihi batas

PEMBAHASAN

Perancangan perangkat ini, sensor arus dan Shield GSM 900 telah bekerja sesuai dengan harapan

peneliti, sehingga perangkat dapat menampilkan data arus secara online ke Thingspeak dan

Virtuino. Sensor arus memiliki respon yang baik pada saat mendeteksi besaran arus yang

terdapat pada gardu listrik. Perangkat sensor arus memiliki tingkat error dengan alat pembanding

sekitar 1,04%. Perubahan naik dan turunnya arus listrik di setiap fasa listrik meningkat seiring

pemakaian yang terdapat pada rumah pelanggan listrik. Perangkat sensor arus menunjukkan pada

fasa R mengalami peningkatan pemakain arus listrik pada malam hari sekitar jam 18.46 hingga

jam 7.46. Perangkat sensor arus pada fasa S menunjukkan pemakaian arus meningkat pada jam

10

18.46 hingga jam 9.46. Perangkat sensor arus pada fasa T menunjukkan peningkatan pemakaian

arus mulai dari jam 18.46 hingga jam 4.46.

Penampilan data ke LCD merupakan alat bantu untuk menampilkan data dari dalam gardu

tersebut. Perancangan ini dilakukan langsung di gardu listrik di Jln. Haji Ungar pada gardu 100

KVA dengan menghubungkan perangkat ke current transformer pada gardu. Pengujian alat ini

dilakukan selama 3 hari untuk melihat perubahan besaran arus pada gardu listrik yang akan

dimonitor secara online tersebut.

Gambar 17. Perangkat monitoring secara online

KESIMPULAN

1) Perancangan sistem monitoring dan control gardu listrik berbasis Arduino dapat berjalan

dengan baik, dengan menggunakan Arduino, sensor arus, dan Shield GSM sebagai

pendukung peralatan.

2) Perancangan ini dapat digunakan sebagai pemberi informasi tambahan pada saat beban tiga

fasa mengalami ketidakseimbangan beban dengan memberi besaran nilai arus setiap

masing–masing fasa yang ada pada gardu yang dapat diakses melalui internet.

3) Sistem monitoring yang selalu memberikan data secara real time sehingga dapat

dimonitoring dengan PC atau smarthphone tanpa membuang waktu, biaya, dan tenaga.

4) Sistem monitoring yang digunakan dan mengirim data setiap waktu dengan delay 1 menit

sehingga dapat memberikan penjelasan cukup singkat dan memberi keterangan yang cukup

akurat.

5) Peralatan yang mendukung ke aplikasi Virtuino yang akan memberi keterangan berbunyi

sebagai alarm ketika sudah melampaui batas yang telah dtentukan.

11

DAFTAR PUSTAKA

Agustiningsih, Enita Dwi., Rozeff Pramana., 2016. Perancangan Perangkat Monitoring Kualitas

Air Pada Kolam Budidaya Berbasis Web Localhost, Universitas Maritim Raja Ali Haji,

Tanjungpinang.

Astari, Sutris., Rozeff Pramana., & Deny Nusyirwan., 2013. Kran Wudhu Berbasis Arduino

Atmega328, Universitas Maritim Raja Ali Haji, Tanjungpinang.

Badaruddin., 2012. Pengaruh Ketidakseimbangan Beban Terhadap Arus Netral Dan Losses Pada

Travo Distribusi Proyek Rusunami Gading Icon, Universitas Mercu Buana, Jakarta.

Bunga, Prefrianus., Pakiding, Martinus., Silimang, Sartje., 2015. Perancangan Sistem

Pengendalian Beban dari Jarak Jauh menggunakan Smart Relay, Universitas Samratulangi,

Manado.

Fahrurozi., Firdaus., Feranita., 2012. Analisa Ketidak Seimbangan Beban Terhadap Arus Netral

dan Losses Pada Transformator Distribusi di Gedung Fakultas Teknik Universitas Riau,

Universitas Riau, Pekan Baru.

Fachri, Muhammad Rizal., Sara, Ira Devi., Away, Yuwaldi., 2015. Pemantauan Parameter Panel

Surya Berbasis Arduino secara Real Time. Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh.

Fitriandi, Afrizal., Komalasari, Endah., Gusmedi, Herri., 2016. Rancang Bangun Alat

Monitoring Arus dan Tegangan Berbasis Mikrokontroler dengan SMS Gateway, Universitas

Lampung, Bandar Lampung.

Firmansyah, Riza Agung., Suheta, Titiek., Antoni, Dedi., 2015. Perancangan Alat Monitoring

Dan Penyimpanan Data Pada Panel Hubung Tegangan Rendah Di Trafo Gardu Distribusi

Berbasis Mikrokontroler, Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya, Surabaya.

Franky., 2008. Pengaruh Ketidakseimbangan Beban Tiga Fasa Terhadap Hasil Pengukuran,

Skripsi, Universitas Indonesia.

Hambali, Irfa., 2016. Analisis Pengaruh Harmonisa Terhadap Unjuk Kerja Miniature Circuit

Breaker (MCB) 2A dan 4A, Skripsi, Universitas Indonesia.

Haris, Abdul., 2016. Rancang Bangun Alat Monitoring Ketidakseimbangan Beban Pada Jaringan

Tegangan Menengah, Universitas Lampung, Lampung.

http://www.mca-indonesia.go.id/assets/uploads/media/pdf/pln-buku-4.pdf (diakses pada jam

08.00, Sabtu, 8 Juli 2017).

Indrakoesoema, Koes., Andryanto, Yayan., Taufiq, M., 2012. Pengaruh Ketidakseimbangan

Beban Transformator Kering BHT02 RSG GA SIWABESSY Terhadap Arus Netral Dan

Rugi-rugi, Pusat Reaktor Serba Guna GA Siwabessy, Puspiptek, Serpong, Tangerang.

Iskandar, Azis., Rozeff Pramana., & Deny Nusyirwan., 2015. Atmega And Zig Bee Pro Based

Mini Boat Control System, Prociding, ICMD, ISBN 978-070-1222-08-2, Universitas

Maritim Raja Ali Haji, Tanjungpinang.

Maxtrada, Bico., 2008. Pengaruh Ketidakseimbangan Beban Antara Fasa-fasa Menggunakan

Transformator Dengan Fasa-netral Terhadap Hasil Pengukuran, Skripsi, Universitas

Indonesia.

Nusa, Temy., Sompie, Sherwin R.U.A., Rumbayan, Meita., 2015. Sistem Monitoring Konsumsi

Energi Listrik Secara Real Time Berbasis Mikrokontroler, Universitas Sam Ratulangi,

Manado.

Perangin Angin, Abdul Zulkipli., Rozeff Pramana., & Deny Nusyirwan., 2014. Perancangan

perangkat Pendeteksi Ketinggian Air Bak Pembenihan Ikan Nila Berbasis Mikrokontroller

Dan Web, Universitas Maritim Raja Ali Haji, Tanjungpinang.

12

Pramana, Rozeff., Henky Irawan., 2016. Sistem Kamera Pengamatan Bawah Laut, Prociding,

ICMD, ISBN 978-070-1222-08-2, Universitas Maritim Raja Ali Haji, Tanjungpinang.

Prima, Berri., Rozeff Pramana., & Deny Nusyirwan., 2013. Perancangan Sistem Keamanan

Rumah Menggunakan Sensor PIR (Passive Infra Red) Berbasis Mikrokontroller, Universitas

Maritim Raja Ali Haji, Tanjungpinang.

Putra, A.M., Partha, C.G.I., Budiastra I.N., 2017. Rancang Bangun Penyeimbang Arus Beban

Pada Sistem 3 Fasa Menggunakan Mikrokontroller Atmega 2560, Universitas Udayana,

Badung Bali.

Santosa, Budi., 2007. Manajemen Bandwidth Internet dan Intranet, Skripsi, Institut Teknologi

Sepuluh November.

Simanjuntak, Armanto Pardamean., Rozeff Pramana., 2013. Pengontrolan Suhu Air Pada Kolam

Pendederan Dan Pembenihan Ikan Nila Berbasis Arduino, Universitas Maritim Raja Ali

Haji, Tanjungpinang.

Setiadji, Julius Sentosa., Machmudsyah, Tabrani., Isnanto, Yanuar., 2008. Pengaruh

Ketidakseimbangan Beban Terhadap Arus Netral dan Losses pada Trafo Distribusi,

Unversitas Kristen Petra, Surabaya.

Setiawan, Angga Hidson., Zebua, Osea., Soedjarwanto, Noer., Anggara, Jemi., 2016. Rancang

Bangun Alat Monitoring Ketidakseimbangan Beban Pada Jaringan Tegangan Menengah,

Universitas Lampung, Lampung.