rancang bangun penyeimbangan arus beban pada …. halaman... · tugas akhir ini diajukan sebagai...

SKRIPSI

RANCANG BANGUN PENYEIMBANGAN ARUS

BEBAN PADA SISTEM 3 FASA MENGGUNAKAN

MIKROKONTROLER ATMEGA 2560

AGUS MARDIANA PUTRA

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA

BUKIT JIMBARAN

2016

SKRIPSI

RANCANG BANGUN PENYEIMBANGAN ARUS

BEBAN PADA SISTEM 3 FASA MENGGUNAKAN


AGUS MARDIANA PUTRA

NIM 1204405020



BUKIT JIMBARAN

2016

ii

RANCANG BANGUN PENYEIMBANGAN ARUS BEBAN

PADA SISTEM 3 FASA MENGGUNAKAN


Tugas Akhir Ini Diajukan sebagai Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana S1

(Starata1) Pada Jurusan Teknik Elektro dan Komputer

Fakultas Teknik Universitas Udayana

AGUS MARDIANA PUTRA

NIM 1204405020



BUKIT JIMBARAN

2016

v

UCAPAN TERIMA KASIH

Om Swastyastu, puja dan puji syukur penulis panjatkan kehadapan Ida Sang

Hyang Widhi Wasa / Tuhan Yang Maha Esa karena berkat asung kertha wara

nugraha-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Rancang Bangun

Penyeimbangan Arus Beban pada Sistem 3 Fase menggunakan Mikrokontroler

ATMEGA 2560” ini dengan baik. Skripsi ini disusun guna memenuhi salah satu

syarat untuk menyelesaiakan pendidikan sarjana strata satu (S1) Jurusan Teknik

Elektro dan Komputer Fakultas Teknik Universitas Udayana.

Saat penyususan proposal ini, penulis banyak memperoleh petunjuk dan

bimbingan dari berbagai pihak. Oleh sebab itu pada kesempatan ini penulis ingin

menyampaikan ucapan terima kasih kepada Bapak Prof. Ir. Ngakan Putu Gede

Suardana, M.T., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana yang

telah memberikan kesempatan bagi penulis bergabung dalam civitas akademika

Fakultas Teknik Universitas Udayana. Bapak Wayan Gede Ariastina, S.T.,

M.Eng.Sc., Ph.D. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro dan Komputer Fakultas

Teknik Universitas Udayana yang telah memberikan kesempatan untuk

menggunakan seluruh fasilitas yang ada di Jurusan Teknik Elektro dan Komputer

Fakultas Teknik Universitas Udayana. Bapak I Gusti Agung Komang Diafari Djuni

H, ST., MT. selaku Pembimbing Akademik yang telah memberikan motivasi dan

pengarahan mengenai informasi yang berkaitan dengan akademik selama penulis

menempuh perkuliahan. Bapak Ir. Cok Gede Indra Partha, M.Erg., MT. selaku

Dosen Pembimbing 1 yang telah memberikan arahan dan saran-saran dalam

penyusunan skripsi ini. Bapak Ir. I Nyoman Budiastra, M.Kes., MT. selaku Dosen

Pembimbing 2 yang telah memberikan arahan dan saran-saran dalam penyusunan

skripsi ini.

Pada kesempatan ini penulis juga menyampaikan terima kasih yang tulus

disertai penghargaan kepada Bapak, Ibu, Adik dan Saudara yang telah memberikan

dukungan moril dalam pennyusunan skripsi. Teman-teman Elektro 2012 yang

senantiasa menghibur, memberikan semangat dan masukkan dalam pengerjaan

skripsi ini. Serta semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu.

vi

Penulis menyadari bahwa dalam skripsi ini masih banyak kekurangnnya.

Maka dari pada itu penulis mengharapkan saran dan kritik demi sempurnanya

laporan ini. Akhir kata penulis mohon maaf apabila ada kesalah penulisan nama

maupun kata-kata sehingga dapat menyinggung perasaan pembaca.

Bukit Jimbaran, Juni 2016

Penulis

vii

ABSTRAK

Rancang bangun penyeimbangan arus beban pada sistem 3 fasa

menggunakan mikrokontroler ATMega 2560 merupakan suatu alat yang berfungsi

untuk mengurangi rugi daya. Rugi daya akibat ketidakseimbangan arus beban

adanya arus mengalir ke fasa netral pada sistem 3 fasa. Arus mengalir ke fasa netral

di trafo distribusi menjadi kerugian bagi PT.PLN (Persero) karena daya terbuang

ke bumi dan tidak dapat digunakan oleh konsumen. Sehingga alat ini akan

menyeimbangkan arus beban untuk mengurangi nilai arus netral. Alat ini juga

dilengkapi dengan sistem monitoring yang menampilkan besarnya arus tiap fasa

termasuk fasa netral.

Metode dalam pembuatan alat ini dibagi menjadi dua bagian yaitu pertama

perancangan perangkat keras (hardware) terdiri dari perancangan komponen

elektronika yang digunakan dengan rangkaian sensor arus, relay, LCD (Liquid

Crystal Display) dan yang lainya. Kedua, perancangan perangkat lunak (software)

berupa program kerja alat termasuk program monitoring menampilkan arus tiap

fasa pada LCD menggunakan Arduino IDE. Sensor arus menggunakan SCT013-

030, output dari sensor arus dihubungkan dengan pin ADC (Analog to Digital

Converter) mikrokontroler ATMega 2560. Selanjutnya mikrokontroler mengolah

data dan menghasilkan nilai arus yang ditampilkan pada LCD. Hasil pengolahan

selain nilai arus berupa perintah untuk mengaktifkan atau menonaktifkan relay yang

menghubungkan sumber 3 fasa dengan beban 1 fasa.

Hasil dari pengujian rancang bangun penyeimbang arus beban pada sistem

3 fasa menggunakan mikrokontroler ATMega 2560 berhasil karena alat melakukan

penyeimbangan arus beban dengan memindahkan saluran beban dari urutan nomor

beban terkecil yang tersambung ke fasa dengan arus beban terbesar menuju fasa

yang memiliki arus beban terkecil ketika arus netral melebihi batas yang diijinkan.

Pada situasi ini arus netral tidak mungkin bernilai nol. Fakta arus maksimun untuk

fasa netral bagi PT.PLN (Persero) sebesar 50 ampere dikalibrasi menjadi 1 ampere

dan digunakan sebagai batas pada prototype ini. Jika arus netral pada monitoring

LCD melebihi 1 ampere maka akan dilakukan penyeimbangan arus beban. Hasil

pengukuran nilai sensor arus yang ditampilkan pada sistem monitoring mendekati

hasil pengukuran menggunakan tang ampere.

Kata kunci : Penyeimbangan arus beban, sistem monitoring, SCT013-030,

mikrokontroler ATMega 2560, saluran beban, arus netral.

viii

ABSTRACT

The design of balancing the load current on three-phase systems using a

microcontroller ATMega 2560 is a tool that serves to reduce the power loss. Power

loss due to the load current unbalance the current flows in the neutral phase on

three-phase systems. Current flows in the neutral phase distribution transformer

into a detriment to PT. PLN (Persero) for the power lost to the earth and can not

be used by consumers. So that it will balanced the load current to reduce the value

of neutral current. The tool is also equipped with a monitoring systems that displays

current magnitude of each phase including the neutral phase.

The methods in making this tool is divided into two parts: first, the design

of hardware consist of designing electronic components which are used by the

current sensor circuits, relay, LCD (Liquid Crystal Display) etc. Second, the design

of software is a tool listing program procedure including the monitoring program

displays the current of each phase on LCD using the Arduino IDE. SCT013-030

current sensor used, the output of the current sensor is connected to the pin ADC

(Analog to Digital Converter) microcontroller ATMega 2560. Then

microcontroller process the data and generate a current value displayed on the

LCD. The other result of processing current value is a command to enable or

disable the relay that connects three-phase resource with single-phase loads.

The result of the test design of balancing load current on three-phase system

using a microcontroller ATMega 2560 succeed balancing the load current by

moving the channel load of sequence number load the smallest connected to the

phase with the current biggest load toward a phase that has a load current smallest

when neutral current exceeds the limit is permitted. In this situation the neutral

current will not be possible be zero. In fact the maximum current value for the

neutral phase for PT. PLN (Persero) 50 amperes calibrated to 1 ampere and is used

as a limit on this prototype. If the neutral current on LCD monitor exceeds 1

ampere, then there will be balancing of the load current. The current sensor

measurement result are displayed on a monitoring approach measurement result

using pliers ampere.

Keywords : Balancing load current, monitoring system, SCT013-030,

microcontroller ATMega 2560, channel load, neutral phase current.

ix

DAFTAR ISI

Halaman

SAMPUL DALAM i

PRASYARAT GELAR ii

LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS iii

LEMBAR PENGESAHAN iv

UCAPAN TERIMA KASIH v

ABSTRAK vii

ABSTRACT viii

DAFTAR ISI ix

DAFTAR TABEL xii

DAFTAR GAMBAR xiii

DAFTAR ARTI LAMBANG, SINGKATAN DAN ISTILAH xv

DAFTAR LAMPIRAN xvi

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Rumusan Masalah 2

1.3 Tujuan Penelitian 2

1.4 Manfaat Penelitian 2

1.5 Batasan Masalah 3

BAB II KAJIAN PUSTAKA 4

2.1 Tinjauan Mutakhir 4

2.2 Saluran Jaringan Tegangan Rendah 5

2.3 Penyeimbangan Arus Beban pada Sistem 3 Fasa 6

2.4 Blok Diagram Hardware 7

2.4.1 Mikrokontroler arduino 8

2.4.1.1 Arduino Mega 2560 R3 8

2.4.1.2 Arduino IDE 9

2.4.2 Sensor Arus SCT013-030 10

2.4.3 Transistor 11

x

2.4.4 Relay 13

2.4.5 LCD (Liquid Crystal Display) 14

2.4.6 Transformator 15

2.4.7 Dioda 15

2.4.8 Kapasitor 16

2.4.9 Regulator Tegangan 17

BAB III METODE PENELITIAN 18

3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian 18

3.2 Data 18

3.2.1 Sumber data 18

3.2.2 Jenis data 18

3.2.3 Metode pengumpulan data 19

3.3 Bahan 19

3.4 Peralatan Kerja 19

3.5 Langkah Penelitian 20

3.6 Pemodelan Sistem 21

3.7 Metode Perancangan Rancang Bangun Penyeimbangan Arus Beban

pada Sistem 3 Fasa menggunakan Mikrokontroler ATMEGA 2560 22

3.7.1 Perancangan perangkat keras 22

3.7.1.1 Perancangan rangkaian catu daya 23

3.7.1.2 Perancangan rangkaian driver relay 23

3.7.1.3 Perancangan rangkaian sensor arus 24

3.7.1.4 perancangan rangkaian LCD 25

3.7.1.5 Perancangan rangkaian mikrokontroler 26

3.7.2 Perancangan perangkat lunak 26

3.7.3 Alur kerja switching beban pada sistem 3 fasa 32

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 34

4.1 Proses Penyeimbangan Arus Beban pada Sistem 3 Fasa

menggunakan Mikrokontroler ATMega 2560 34

4.2 Hasil Perancangan 34

4.2.1 Penjelasan gambar blok rangkaian penyeimbangan arus beban 35

xi

4.2.2 Penjelasan gambar blok pemodelan beban pada sistem 3 fasa 36

4.3 Pengujian dan Pembahasan Hasil Perancangan 37

4.3.1 Pengujian dan pembahasan rangkaian catu daya 37

4.3.2 Pengujian dan pembahasan rangkaian LCD (Liquid Crystal Display) 39

4.3.3 Pengujian dan pembahasan rangkaian driver relay 41

4.3.4 Pengujian dan pembahasan rangkaian sensor arus 44

4.3.5 pengujian dan pembahasan rangkaian mikrokontroler 47

4.4 Pengujian Keseluruhan Sistem 48

4.4.1 Pengujian penyeimbangan arus beban dengan

arus beban terbesar pada fasa R 49

4.4.1.1 Pengujian dengan arus beban terkecil pada fasa S 49

4.4.1.2 Pengujian dengan arus beban terkecil pada fasa T 51


arus beban terbesar pada fasa S 54

4.4.2.1 Pengujian dengan arus beban terkecil pada fasa R 54

4.4.2.2 Pengujian dengan arus beban terkecil pada fasa T 57


arus beban terbesar pada fasa T 59

4.4.3.1 Pengujian dengan arus beban terkecil pada fasa R 60

4.4.3.2 Pengujian dengan arus beban terkecil pada fasa S 62

4.5 Hasil Pengujian Keseluruhan Sistem 64

BAB V SIMPULAN DAN SARAN 69

5.1 Simpulan 69

5.2 Saran 70

DAFTAR PUSTAKA 71

LAMPIRAN

xii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 4.1 Pengukuran Tegangan Keluaran Catu Daya 38

Tabel 4.2 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa R dan

Arus Beban Terkecil pada Fasa S 49

Tabel 4.3 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa R dan


Tabel 4.4 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa R dan

Arus Beban Terkecil pada Fasa T 52

Tabel 4.5 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa R dan


Tabel 4.6 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa S dan

Arus Beban Terkecil pada Fasa R 55

Tabel 4.7 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa S dan


Tabel 4.8 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa S dan


Tabel 4.9 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa S dan


Tabel 4.10 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa T dan


Tabel 4.11 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa T dan


Tabel 4.12 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa T dan


Tabel 4.13 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa T dan


Tabel 4.14 Hasil Pengujian Arus Beban Terbesar pada Fasa R 65

Tabel 4.15 Hasil Pengujian Arus Beban Terbesar pada Fasa S 66

Tabel 4.16 Hasil Pengujian Arus Beban Terbesar pada Fasa T 67

xiii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Line Diagram Gardu Distribusi 5

Gambar 2.2 Blok Diagram Rangkaian 7

Gambar 2.3 Arduino Mega 2560 9

Gambar 2.4 Skema Transformator Arus 10

Gambar 2.5 Sensor Arus SCT013-030 11

Gambar 2.6 Simbol Transistor 12

Gambar 2.7 Rangkaian Transistor Sebagai Saklar 13

Gambar 2.8 LCD 16 x 2 Display 14

Gambar 2.9 Regulator Tegangan 17

Gambar 3.1 Alur Prosedur Penelitian 20

Gambar 3.2 Pemodelan Sistem 21

Gambar 3.3 Blok Diagram Rangkaian 22

Gambar 3.4 Rangkaian Catu Daya 23

Gambar 3.5 Rangkaian Driver Relay 24

Gambar 3.6 Rangkaian Sensor Arus SCT013-030 25

Gambar 3.7 Rangkaian LCD 16x2 25

Gambar 3.8 Flowchart Program Utama 27

Gambar 3.9 Flowchart Program Utama sub-1 28



Gambar 3.12 Alur Kerja Penyeimbangan Beban 32

Gambar 4.1 Realisasi Hasil Perancangan 35

Gambar 4.2 Blok Diagram Pengujian Rangkaian Catu Daya 38

Gambar 4.3 Blok Diagram Pengujian Rangkaian

LCD (Liquid Crystal Display) 39

Gambar 4.4 Pengujian Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display) 41

Gambar 4.5 Blok Diagram Pengujian Rangkaian Driver Relay 41

Gambar 4.6 Pengujian Driver Relay 44

Gambar 4.7 Blok Diagram Pengujian Rangkaian Sensor Arus 45

xiv

Gambar 4.8 Pengujian Sensor Arus 46

Gambar 4.9 Blok Diagram Pengujian Rangkaian Mikrokontroler 47

Gambar 4.10 Monitor Pengujian Rangkaian Mikrokontroler 48

Gambar 4.11 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa R dan


Gambar 4.12 Penambahan Beban pada Fasa R dengan Arus Beban Terbesar

pada Fasa R dan Arus Beban Terkecil pada Fasa S 50

Gambar 4.13 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa R dan


Gambar 4.14 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa R dan


Gambar 4.15 Penambahan Beban pada Fasa R dengan Arus Beban Terbesar

pada Fasa R dan Arus Beban Terkecil pada Fasa T 53

Gambar 4.16 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa R dan


Gambar 4.17 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa S dan


Gambar 4.18 Penambahan Beban pada Fasa S dengan Arus Beban Terbesar

pada Fasa S dan Arus Beban Terkecil pada Fasa R 56

Gambar 4.19 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa S dan


Gambar 4.20 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa S dan


Gambar 4.21 Penambahan Beban pada Fasa S dengan Arus Beban Terbesar

pada Fasa S dan Arus Beban Terkecil pada Fasa T 58

Gambar 4.22 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa S dan


Gambar 4.23 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa T dan


Gambar 4.24 Penambahan Beban pada Fasa T dengan Arus Beban Terbesar

pada Fasa T dan Arus Beban Terkecil pada Fasa R 61

xv

Gambar 4.25 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa T dan


Gambar 4.26 Kondisi Awal Arus Beban Terbesar pada Fasa T dan


Gambar 4.27 Penambahan Beban pada Fasa T dengan Arus Beban Terbesar

pada Fasa T dan Arus Beban Terkecil pada Fasa S 63

Gambar 4.28 Hasil Penyeimbangan Arus Beban Terbesar pada Fasa T dan


xvi

DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG

AC = Alternating Curent

ACS = Alternating Curent Sensor

ADC = Analog to Digital Converter

DC = Direct Current

DPDT = Double Pole Double Throw

DPST = Double Pole Single Throw

FCO = Fuse Cut Out

GND = Ground

GPRS = General Packet Radio Service

GSM = Global System For Mobile Communication

IC = Integrated Circuit

IDE = Integrated Development Environment

JTR = Jaringan Tegangan Rendah

LA = Lightning Arrester

LED = Light Emitting Diode

LCD = Liquid Crystal Display

NC = Normally Close

NO = Normally Open

PCB = Printing Circuit Board

PHB = Panel Hubung Bagi

PLN = Perusahaan Listrik Negara

RISC = Reduced Intrution Set Computer

SCT = Split-core Current Transformer

SLTR = Saluran Listrik Tegangan Rendah

SPDT = Single Pole Double Throw

SPST = Single Pole Single Throw

SUTM = Saluran Udara Tegangan Menengah

xvii

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1: Biodata 73

Lampiran 2: Jadwal Kegiatan 74

Lampiran 3: Daftar Anggaran Biaya 75

Lampiran 4: Data Sheet Arduino Mega 2560 R3 77

Lampiran 5: Data Sheet LCD 16x2 85

Lampiran 6: Data Sheet Relay 93

Lampiran 7: Data Sheet LED 95

Lampiran 8: Data Sheet TIP 31 105

Lampiran 9: Data Sheet SCT013-030 115

rancang bangun penyeimbangan arus beban pada …. halaman... · tugas akhir ini diajukan sebagai...

Documents