BAB III

PROVING UNTUK KERUSAKAN SINYAL LED LEN

3.1 Sinyal LED-LEN

3.1.1 Kelebihan LED dengan Bohlam Filamen

Sistem keamanan Kereta Api Listrik dari dulu menggunakan sinyal,

dahulu masih menggunakan Bohlam Pijar/Filamen, memang dari segi

penggunaan sama saja dengan Sistem Sinyal LED-Len, perbedaannya

adalah sumber cahaya yang digunakan adalah Dioda jenis LED ( Light

Emitting Diode ), sedangakan bohlam filament sumber cahayanya dari

filament yang dilalui arus dan memanas kemudian menghasilkan foton.

Dibawah ini akan dijelaskan kelebihan-kelebihan dari sinyal yang

menggunakan Led dari pada Bohlam Filamen:

a. Umur Led jauh lebih panjang jika dibandingkan dengan Bohlam

Filamen. Jika pada Led memiliki umur kurang lebih 20 tahun,

Bohlam filamen hanya 1 tahun.

b. Lampu sinyal Led secara mekanik lebih robust/kokoh.

c. Lampu Led secara elektrik lebih efisien.

d. Sinyal led memiliki pola radiasi dengan sudut tertentu sehingga

tidak membutuhkan lensa untuk memfokuskan cahaya (lensa

fresnel).

e. Sinyal led meradiasikan gelombang cahaya dengan band tertentu

sehingga tidak membutuhkan filter warna.

f. Sinyal led menghasilkan band frekuensi gelombang yang sempit

sehingga memberikan aspek cahaya yang lebih tegas.

g. Cahaya Led memiliki kestabil yang lebih tinggi jika dibandingkan

dengan bohlam filament.

h. Biaya perawatan yang relatif murah.

i. Led lebih diandalkan dan lebih kuat, tahan terhadap guncangan,

getaran, dan panas.

j. Led tidak mungkin pecah, dan tidak ada Filamen panas.

k. Pada aplikasi railway sinyal bohlam pijar menggunakan 2 buah

bohlam. Pada sinyal led maenggunakan sekitar 160 buah Led, dan

dibagi menjadi 8 segment per segment 20 buah led.

l. Warna sesuai dengan standar perkeretaapian BS-1376.

3.1.2 Spesifikasi Sinyal Led-Len

Led yang digunakan dalam Sinyal LED ini adalah Led dengan lensa

bening yang memiliki pancaran cahaya berwarna, bukan Led dengan

pancaran cahaya putih yang ditutup dengan lensa berwarna. Karena jika

menggunakan Led dengan lensa berwarna ditakutkan terjadinya phantom

effect atau memantulnya cahaya matahari dari lensa berwarna sehingga

terliahat seakan-akan Led menyala.

Sinyal Led-Len telah mengalahkan perusahaan besar dibidang

persinyalan kereta api listrik seperti Siemens, Alston, Maupun

Westinghouse dalam Proving Sinyal Led. Sehingga Sinyal Led-Len dapat

dikoneksikan dengan sistem interlocking dari perusahaan apapun tanpa

perlu modifikasi.

Spesifikasi Sinyal Led-Len sebagai berikut :

a. Lampu Kedip

-Sumber Cahaya : LED (Light Emitting Diode)

-Panjang Gelombang : 638 nm (Merah)

-Sudut Cahaya : 30o

b. Siren

-Signal Suara : dual tone

-Frekuensi : 500Hz-600Hz

c. Kendali Utama

-Pengontrol : PLC (Programmable Logic

Controller)

-Sumber Daya : Mainline 220 VAC

-Catu Daya : Sealed Lead Acid Battery

-Detektor Kereta : Sensor Magnetik

31

d. Palang

-Arm Barrier : Kayu

-Motor : 110 VAC

-Cara Pengoperasian : Manual atau Otomatis

e. Spesifikasi Optik

- Warna : Merah : 644 nm

Kuning : 591 nm

Hijau : 505 nm

- Labar Sudut Cahaya : 8o

- Sektor : 8 tiap sektor

- Jarak Penglihatan : 1 km

f. Supply voltage range : 85 - 132 Vac

g. Nominal power : Red : 6W, Yellow: 9W,

Green: 9W

h. Temperature : -40 - 85 C

3.1.3 Rangkaian dalam Sinyal LED

a. Rangkaian LED

Sinyal Led adalah prangkat keamanan yang berada dijalur

lintasan kereta api listrik, biasanya Sinyal Led ini dipasang sebelum

stasiun, distasiun itu sendiri, dan sesudah stasiun. Akan tetapi

sinyal led dilapangan tidak hanya ada 3. Ada beberapa sinyal yang

tersebar di jalur kereta api listrik seperti sinyal muka, sinyal masuk,

sinyal berangkat, dan juga sinyal ulang. Sinyal-sinyal tersebut

memiliki fungsi yang berbeda-beda.

Rangkaian Led ini berfungsi sebagai sinyal penanda kondisi

track yang akan dilalui oleh kereta api listrik. Sinyal Led ini sangat

penting kegunaannya sehingga keamanan untuk Sinyal Led ini pun

sangat dibutuhkan agar ketika Led mengalami masalah dalam

rangkaian dapat segera diperbaiki.

32

Rangkaian LED diBagi menjadi 8 segment untuk

mempermudah penentuan Fail atau Proving. Fail dan Proving ini

lah yang akan menjadi detektor kerusakan pada Led, Rangkaian ini

memiliki 160 buah led yang terbagi menjadi 8 segment yang

persegmentnya memiliki 20 buah Led.

Gambar 3.1. Rangkaian Led 8 segment

b. Rangkaian Amplifier dan Komparator

Rangkaian ini berfungsi untuk menguatkan tegangan dan

membandingkan tegangan masukan dan tegangan referensi pada

komparator. Rangkaian inilah yang sangat berperan penting dalam

Seluruh rangkain sinyal Led karena tanpa rangkaian ini Proving

tidak dapat bekerja, dari rangkaian ini kita akan mengetahui Logic

yang keluar dari komparator High jika tegangan input lebih besar

dari tegangan referensi atau Low jika tegangan masukan lebih kecil

dari tegangan referensi, dan keluaran Logic itulah yang akan

menjadi ketentuan fail atau proving.

33

Gambar 3.2. Rangkaian Amplifier dan Komparator

c. Rangkaian Buffer Relay dan Relay

Rangkaian ini terdiri dari transistor dan relay, fungsi utama dari

transistor adalah komponen elektronik yang berfungsi sebagai

switching, stabilisasi tegangan dan penguat arus dan tegangan. Pada

rangkaian ini memakai transistor DB139 yang berfungsi sebagai

penguat arus pada rangkaian ini.

Rangakaian ini adalah hasil keluaran dari komaparator, Buffer

relay menguatkan arus keluaran dari komparator, agar dapat

menggerakan Relay. Relay yang digunakan disini adalah relay

tegangan, relay tersebut memiliki kebutuhan minimal arus yang

harus dipenuhi untuk menggerakannya.

34

Gambar 3.3 Rangkaian Buffer Relay dan relay

d. Modul Elektronik

Modul elektronik ini adalah gabungan dari semua komponen

yang mencakup amplifier, komparator, buffer relay dan relay. Pada

intinya modul elektronik ini adalah rangkaian penggerak dari sinyal

Led itu sendiri.

Gambar 3.4. Modul elektronik

3.1.4 Cara Kerja Proving Sinyal Led-LEN

Sistem Proving sinyal Led ini memungkinkan untuk mempercepat

penanggulangan pada kerusakan Sinyal Led tersebut, dibawah ini

adalah gambar rangakaian inti dari Sinyal Led.

35

Gambar 3.5. Rangkaian Sinyal LED

Cara Kerja :

Tegangan dari sumber mengalir masuk kedalam Led array seperti

yang sudah diketahui Led Array ini dibagi menjadi 8 segment. Dan

persegment Led tersebut bernilai 40mA. Jadi jika dalam Led Array

memiliki 8 segment maka total arus yang keluar dari Led array

tersebut adalah 320mA(jika Led Array normal).

Arus mengalir melewati Resistor sensing. Resistor sensing yang

digunakan bernilai sebesar 0,1Ω. Arus tersebut melewati resistor

sensing untuk mencari tegangan yang mengalir, jadi 320mA x 0,1Ω =

32mV, jadi total keluaran tegangan keluaran dari resistor sensing

adalah 32mV.

Tegangan tersebut diperkuat 300 kali dengan mengguanakan

amplifier. Tegangan dikuatkan 300 kali agar memenuhi masukan pada

komparator. Jadi keluaran dari Amplifer adalah 300 x 32mV = 9,6 V.

Keluaran dari amplifier tersebut masuk kedalam rangakaian

komparator yang akan membandingkan antara tegangan yang keluar

dari amplifier dengan tegangan referensi pada komparator. Rangakain

36

ini lah yang menjadi rangakain inti dari rangakain sinyal Led, karena

keluaran dari komparator inilah yang mempengaruhi relay. Rangkaian

komparator disini menggunakan LM124 yang identik dengan LM134.

Jika tegangan refferensi dari rangakain komparator ini sebesar 7,2V

dan rangkain keluaran dari amplifier adalah 9,6V maka masukan

komparator lebih besar dibanding dengan tegangan referensi, jadi

keluaran dari komparator ini adalah High atau sama dengan Vin-1,

mengapa Vin-1 kerena tegangan dimakan rugi-rugi dari op-amp. Jika

teganan keluaran ammplifier lebih kecil dari tegangan referensi dari

komparator maka keluarannya adalah Low atau sama dengan

ground( 0+1 ).

Ketika logic dari komparator telah diketahi tegangan masuk

melwati dari buffer relay ( transistor ), fungsi buffer relay adalah

menguatkan arus yang akan mengalir ke Relay, disni menggunakan

BD139. Arus dikuatkan untuk memenuhi kebutuhan dari relay, disini

kita menggunakan relay tegangan akan tetapi relay tersebut tetap butuh

arus untuk bekerja. Akan tetapi jika logic keluaran dari comparator

adalah low maka output menjadi ground semu.

Rangkaian diatas adalah rangakaian Fail, bentuk rangkaian proving

sama persis dengan rangkaian fail hanya saja rangkaian proving

memiliki dua rangkaian fail yang sama persis untuk keamanan, dan

juga memiliki tegangan referensi yang lebih tinggi jika dibanding

dengan rangkaian fail.

37

3.2 Hysterisis

Gambar 3.6. Rangkaian Histerisis

Rangakaian histerisis ini berfungsi untuk mengurangi efek dari riple

atau tegangan yang tidak stabil yang disebabkan oleh gangguan dari luar

rangakaian, contoh jauhnya sumber tegangan dari letak Sinyal Led, kondisi

ini menyebabkan berkurangnya daya yang masuk kedalam rangkaian Sinyal

Led ( main aspect ) yang disebabkan oleh hambatan kabel yang bertambah

karena jarak yang jauh. Sehingga sangat mempengaruhi relay dan relay

sangat mempengaruhi indikator proving. Oleh karena itu histerisis sangat

diperlukan, cara kerja dari histerisis sebagai berikut :

jika dalam kondisi keluaran Low maka untuk mengubah keluaran dari

komaparator menjadi High tidak tepat diangka tegangan referensi, jika

tegangan referensinya adalah 8V maka untuk mengubah logic dari Low ke

High tegangan yang dibutuhkan tidak 8V akan tetapi lebih dari 8V, 8,1V

dan sebagainya.

1. Perhitungan pada tegangan Riplle

Contoh: (dari kondisi Low ke High)

Ri=1kΩ Vreff=8V

38

Rf=100kΩ Vin=8,5 – 7,5 ( riplle range )

Gambar 3.7. Rangakain pengganti dari rangkaian Histerisis

Vin=7,9V

V +¿ RfRi+Rf

×Vin

¿100

100+1×7,9

=7,8V

Jika Vin diberi nilai 7,9 maka Logic belum High.

Vin=8V

V +¿ RfRi+Rf

×Vin

=100

100+1× 8

=7,92V

ketika Vin diberi nilai 8 pun Logic belum bernilai High.

Vin=8,2

V +¿ RfRi+Rf

×Vin

=100

100+1× 8,2

=8,11V

Dikondisi ini Vin adalah 8,2 dan logicnya baru High.

Jadi untuk menaikan Logic dari Low ke High dibutuhkan Vin 8,2V.

Atau dengan rumus :

39

vo= Rf ∙ ViRi+Rf

RfVi=Vo(Ri+Rf )

Vi=Vo (Ri+Rf )

Rf

Jadi jika Vo=8V Ri=1k

Rf=100k Vi= ? ?

Vi=Vo (Ri+Rf )

Rf

Vi=8 (1+100)

100

Vi=808100

Vi=8,081 V

Maka agar Logic keluaran komparator ini bernilai High tegangan

masukan harus lebih besar dari 8,08V. dengan kata lain Histerisis dari

rangakaian komaprator ini adalah dari 8V sampai dengan 8,081V.

2. Perhitungan pada Kerusakan LED ( per Segment )

Diketahui arus yang keluar dari Led Array per segmennya adalah

40mV atau sama dengan 320mV keseluruhan, dan dilewatkan pada

resistor sensing sebesar 0,1Ω, dan dikuatkan oleh amplifier sebesar

300x dan diketahui tegangan referensi dari rangakaian komparator

adalah 7,2 V. kita akan mengetahui pada saat kerusakan berapa

segmen Led Array akan ber Logic Low atau high. Jika Low berarti

Led sudah dianggap rusak.

Keadaan Normal

V= I . R

= 320mV x 0,1 Ω

= 32mV

40

Dikuatkan amplifier

32mV x 300 = 9,6 V

Jadi :

V +¿ RfRi+Rf

×Vin

¿100

100+1× 9,6

= 9,505 V ( Logic masih high )

Keadaan mati satu segmen

320 - 40 = 280mV

V = I . R

= 280mV x 0,1Ω

= 28mV

Dikuatkan amplifier

28mV x 300 = 8,4 V

Jadi :

V +¿ RfRi+Rf

×Vin

¿100

100+1×8,4

= 8,316 V ( Logic masih High )

Keadaan mati tiga segmen

320 – 120 = 200mV

V = I . R

= 200mV x 0,1Ω

= 20mV

Dikuatkan Ampplifier

41

20mV x 300 = 6 V

Jadi :

V +¿ RfRi+Rf

×Vin

¿100

100+1×6

= 5,940 V ( Logic Low dan diangap Led Array rusak )

42