PERMODELAN SISTEM DAN DESAIN PENGENDALI PID DENGAN …dosen.uta45jakarta.ac.id/downlot.php?file=JURNAL_Siap cetak.pdf · jurnal kajian teknik elektro vol.2 no.1 1 permodelan sistem

JURNAL KAJIAN TEKNIK ELEKTRO Vol.2 No.1 1

PERMODELAN SISTEM DAN DESAIN PENGENDALI PID DENGAN

METODE CIANCONE DENGAN MENGGUNAKAN MATLAB

SIMULINK PADA SISTEM PRESSURE PROCESS RIG 38-714

Ikhwannul Kholis1, Tri Joko

2

1Universitas 17 Agustus 1945 Jakarta,

[email protected], [email protected]

Abstrak

Pengendalian system di dunia industri sangat diperlukan dalam keadaan offline sehingga proses produksi

tidak terganggu. Permodelan system bertujuan untuk melakukan simulasi system dan mendesain

pengendali untuk memperbaiki respon system, salah satunya dengan menggunakan pengendali PID.

Permodelan system dan Pengendali PID dapat dilakukan dengan metode Ciancone. Salah satu system

yang sering digunakan untuk dilakukan permodelan adalah system Pressure Process Rig. Pada penelitian

ini, dilakukan permodelan system dan desain pengendali PID dengan metode Ciancone pada Sistem

Pressure Process Rig 38-714 dengan menggunakan Matlab Simulink.

Kata Kunci: Pengendali PID, Permodelan System, Pressure Process Rig 38-714, Metode Ciancone.

Abstract

Control System in industry is indispensable in offline mode so that the production process is not

disrupted. Modelling System aims to simulate the systems and to design controller to improve response

system, such as PID Controller. Modelling System and PID Controller can be done with Ciancone

methods. The system which is usually used to do modeling is Pressure Process Rig System. In this study,

Modelling System and Designing PID Controller were conducted with Ciancone method in Pressure

Process Rig 38-714 System using Matlab Simulink.

Keywords: PID Controller, System Modelling, Pressure Process Rig 38-714, Ciancone Method

1 PENDAHULUAN

Pengukuran dan Kendali proses merupakan hal yang sangat penting dalam proses industri.

Pengukuran pada proses industri dilakukan untuk memperoleh variable yang dikontrol sehingga

keluaran proses dapat dimanipulasi sesuai dengan keluaran yang diinginkan. Kendali proses

merupakan suatu teknik kendali pada proses industri. Suatu proses industri biasanya memiliki plant

yang tidak dapat diketahui secara langsung proses di dalamnya. Sementara keluaran dari sistem perlu

untuk dikendalikan untuk mendapatkan keluaran yang diharapkan. Hal ini yang menjadi peran

pengukuran dan pengendalian proses pada pentingnya proses industri. Pengukuran diperlukan untuk

mengukur variable yang dikontrol untuk dilakukan feedback kepada sistem. Pengendalian proses

berperan dalam memanipulasi keluaran sistem sehingga keluaran sistem sesuai dengan keluaran yang

diharapkan.

Pengendalian proses sangat erat kaitannya dengan proses identifikasi. Proses Identifikasi

merupakan pengenalan suatu sistem atau plant yang akan dikendalikan. Hal ini dilakukan untuk

membuat kontroler secara offline sehingga proses industri tidak terganggu. Simulasi dilakukan dengan

mengidentifikasi sistem menjadi suatu transfer function sesuai dengan plant. Oleh karena itu, Proses

identifikasi merupakan salah satu faktor penting yang menunjang keberhasilan dalam merekayasa

suatu sistem kendali yang stabil, robust, dan mampu beradaptasi dengan baik terhadap lingkungan.

mailto:[email protected]


Kemudian, desain kontroler dilakukan bertujuan untuk memanipulasi input sehingga

menghasilkan keluaran yang sesuai dengan keluaran yang diharapkan. Hal ini dapat dilakukan dengan

membuat transfer function yang sesuai dengan plant dengan menggunakan data yang dihasilkan oleh

plant. Dengan ilmu pengendalian proses, sistem dapat diidentifikasi menjadi transfer function.

Kemudian, desain kontroler dilakukan untuk menghasilkan keluaran yang diharapkan.

Proses identifikasi sistem dapat dilakukan dengan beberapa cara, salah satunya adalah

Process Reaction Curve (PRC). PRC merupakan metode untuk mencari transfer function suatu sistem

dengan menggunakan informasi dari grafik Response sistem. Dengan demikian, sistem dapat

diidentifikasi untuk dapat dilakukan desain pengendali agar menghasilkan keluaran yang diharapkan.

2 LANDASAN TEORI

2.1 Pressure Process Rig

Pressure Process Rig 38-714 adalah peralatan produksi PROCON yang digunakan untuk

mengenalkan dan mendemonstrasikan prinsip-prinsip proses pengukuran dan pengendalian. Sistem

yang disediakan adalah sistem kendali pneumatic sebagaimana yang biasa digunakan dalam industry.

Secara umum Pressure Process Rig 38-714 terdiri atas jalur-jalur pipa yang terhubung pada

Pneumatic Control Valve, Orifice Block, Flowmeter, pressure tapping, regulator, indikator tekanan,

dan valve. Regulator R1 digunakan untuk mengendalikan tekanan yang diukur oleh G1. Regulator R2

digunakan untuk mengatur tekanan yang diukur oleh G3 atau G4 atau G5. Sementara indicator

tekanan G6 digunakan untuk menunjukkan tekanan pada air receiver. Output yang dikendalikan pada

penelitian ini adalah flow dari Pressure Process Rig.

(a)

(b)

Gambar 1. (a) Pressure Process Rig; (b) Cara Kerja Pressure Process Rig

Pada Gambar 1.b, menggambarkan cara kerja Pressure Process Rig. Pada Gambar 1.b., terlihat

komputer memberikan sinyal digital yang masuk ke DAC, kemudian dikonversi menjadi tegangan

analog antara 0.4-2V, kemudian masuk ke rangkaian V/I sehingga di konversi menjadi arus 4-20 mA.

Arus ini akan masuk ke plant (pressure process rig) dan diubah dengan I/P converter untuk mengatur

Pneumatic Control Valve. Aliran yang akan keluar di sense oleh differential pressure sensor yang

bekerja dengan prinsip Bernaulli. Dengan transducer, nilai aliran akan dikonversi menjadi sinyal

elektrik (arus). Arus kemudian dikonversi dengan rangkaian I/V menjadi tegangan. Tegangan

dikonversi oleh ADC menjadi sinyal digital agar dapat dibaca oleh computer.

Pressure Procee Rig tersusun dari beberapa komponen, yaitu Kompresor, I/P Converter, Control

Valve, Pressure Sensor, Differential Pressure Process, Manual Valve, PC (yang di dalamnya terdapat

ADC, DAC, dan PCI Card), Gauge, dan Regulator. Kompresor merupakan pompa bertekanan yang

berfungsi sebagai penyuplai udara ke semua saluran pipa. Kemudian, I/P Converter digunakan untuk

mengubah arus listrik menjadi tekanan. Aliran udara akan bergerak melewati regulator, valve, pipa,


pressure sensor, dan gauge. Tekanan udara yang dibaca oleh pressure sensor akan diteruskan ke I/P

Converter kemudian diubah ke Data Digital dengan ADC sehingga diperoleh data di PC.

Pressure Process Rig digunakan untuk meneliti pengendalian proses, yaitu pengukuran controlled

variable (CV), membuat grafik keluaran, dan percobaan kontroler yang telah didesain. CV yang

digunakan adalah tekanan dan kecepatan aliran udara. Pada akhirnya, penggunaan Pressure Process

Rig dilakukan untuk mencoba kontroler yang didesain agar CV dapat mencapai nilai yang diharapkan

dengan error steady-state yang kecil.

2.2 Process Reaction Curve

Process Reaction Curve (PRC) merupakan metode yang digunakan untuk mengidentifikasi

suatu sistem dengan menggunakan grafik Response sistem tersebut. PRC yang digunakan pada

penelitian ini berupa PRC pada orde satu. Persamaan PRC orde satu adalah sebagai berikut.

(a)

(b)

Gambar 2. (a) Process Reaction Curve – Method I; (b) Process Reaction Curve – Method II

3 PEMBAHASAN

Pengambilan data pada Pressure Process Rig untuk dilakukan permodelan sistem tersebut.

Pengambilan data dilakukan dengan memberikan input step dengan initial value sebesar 0.3 dan final

value sebesar 1 dengan perubahan step dilakukan pada detik ke-5. Data tersebut diolah menjadi grafik

response sistem sebagai berikut.

Gambar 3. Respon sistem Pressure Process Rig


3.1 Permodelan dengan Metode 1 (Process Reaction Curve)

Dari Gambar 3, dapat dilakukan permodelan sistem sebagai berikut:

Gambar 4. Permodelan sistem Pressure Process Rig dengan Process Reaction Curve

Dengan menggunakan Gambar 2, diberikan persamaan Process Reaction Curve untuk

memperoleh transfer function permodelan system Pressure Process Rig.

ueInitialValFinalValue [1]

%)63(%63 ueInitialValValue [2]

%)28(%28 ueInitialValValue

[3]

)(5.1 %28%63 tt

[4]

%63t [5]

Kp

[6]

ses

KpsG

1)(

[7]

Dengan menggunakan Persamaan 1 sampai dengan persamaan 7, diperoleh data sebagai

berikut. Tabel 1. Data Perhitungan Process Reaction Curve dari Grafik Gambar 4

Description Value Description Value

Δ -0.351 t(63%) 0.211

Value(63%) 1.129 t(28%) 0.121

Value(28%) 1.252 θ 0.076

τ 0.135 Kp -0.351

t63% = 5.211 s

t28% = 5.121 s

δ


Berdasarkan tabel 1, diperoleh transfer function berikut.

s

s

es

es

KpsG

076.0

1135.0

351.0

1)(

[8]

Berdasarkan persamaan 8, dibuat diagram blok dengan menggunakan SIMULINK MATLAB.

Gambar 5. Diagram blok permodelan sistem

Pada diagram blok yang ditunjukkan Gambar 5, digunakan Transport Delay untuk

memodelkan dead time yang ada pada fungsi alih sistem, yaitu . Kemudian, digunakan

constant untuk menaikan sistem pada nilai initial value sistem, yaitu 1.375. Blok tersebut dijalankan

di MATLAB dengan memperoleh hasil berikut.

Gambar 6. Grafik Permodelan sistem dengan Process Reaction Curve

3.2 Design Pengendali PID dengan metode Ciancone

Untuk mendesain Pengendali PID dengan menggunakan metode Ciancone, diperlukan perubahan

respon keluaran sistem. Output yang akan digunakan pada metode Ciancone adalah output yang

mengikuti grafik input dengan menggunakan penambahan konstanta yang memiliki nilai sebesar 2

kali konstanta awal. Hal ini dimaksudkan agar sistem memiliki initial value yang sama dengan data

yang diperoleh dan sistem menghasilkan keluaran yang mengikuti grafik masukan. Berikut adalah

gambar diagram blok system permodelan yang telah dimodifikasi.


Gambar 7. Diagram Blok Modifikasi untuk metode Ciancone

Gambar 8. Grafik Sistem pada Diagram Blok Gambar 7

Untuk mendesain pengendali Ciancone dengan parameter Kp, , dan , diperlukan transfer

function dari sistem pada Diagram Blok tersebut.

Tabel 2. Data perhitungan Process Reaction Curve dari Grafik Gambar 7

Description Value Description Value

Δ 0.351 t(63%) 0.211

Value(63%) 1.676 t(28%) 0.121

Value(28%) 1.553 θ 0.076

τ 0.135 Kp 0.351 Sehingga diperoleh transfer function sistem adalah

s

s

es

es

KpsG

076.0

1135.0

351.0

1)(

[9]

Kemudian, berdasarkan transfer function G(s) tersebut, diperoleh nilai Kp = 0.351, θ = 0.088,

dan τ = 0.132. Kemudian, untuk mencari pengendali Ciancone, digunakan bentuk umum dari

Pengendali Ciancone, yaitu

Idt

dCVTdttE

TtEKMV d

i

c

0

)(1

)(

[10]

Untuk menentukan nilai Kc, Ti, dan Td, digunakan grafik Ciancone Set Point dengan

menggunakan MATLAB sehingga diperoleh nilai Kc, Ti, dan Td masing-masing secara berturut-turut

sebesar 2.76, 0.16, dan 0.012. Berikut grafik yang digunakan.


Gambar 9. Grafik Metode Ciancone

Dengan data tersebut, dapat dibuat blok diagram pengendali Ciancone sebagai berikut.

Gambar 10. Blok Diagram dengan PID controller metode Ciancone

Pada blok PID Controler, digunakan Kp, Ki, dan Kd dengan menggunakan persamaan berikut.

dcd

i

cicp TKK

T

KKKK ;; [11]

Oleh karena itu, diperoleh Kp, Ki, dan Kd masing-masing secara berturut-turut sebesar 2.76, 17.25,

dan 0.033. Berikut adalah grafik hasil dari sistem blok Diagram PID controller dengan metode

Ciancone.

Gambar 11. Grafik hasil PID Controller metode Ciancone


3.3 Permodelan Pengendali Sistem metode Ciancone modified

Pada Gambar 11, diketahui bahwa initial state grafik berlawanan dengan input. Hal ini berarti

grafik permodelan system tersebut masih bernilai negatif. Oleh karena itu, diperlukan modifikasi pada

permodelan sistem.

Untuk memodifikasi sistem, dilakukan pembalikkan respon dengan mengalikan sistem dengan

gain -1. Agar grafik dimulai dari nilai initial value output sistem asli, dilakukan penambahan sebesar

2 kali besar respon. Berikut adalah blok diagram dengan metode Ciancone modified.

Gambar 12. Blok Diagram Sistem yang telah dimodifikasi

Blok diagram pada Gambar 12 menghasilkan grafik sebagai berikut.

Gambar 13. Grafik input dan output blok diagram sistem yang telah dimodifikasi

Pada Gambar 13, terlihat respon sistem masih belum dapat mengikuti input sehingga

diperlukan desain pengendalian PID sistem.

Gambar 14. blok diagram simulink lengkap dengan pengendaliannya


Pada Gambar 14, terlihat system dikali dengan gain -1 dan ditambah dengan konstanta. Hal ini

bertujuan untuk memperoleh nilai setpoint yang sama dengan yang ada di sistem Pressure Process

Rig.

Tampak bahwa blok controller PID-nya sesuai dengan persamaan 10. Dengan menggunakan

mfile ciancone, diperoleh konstanta Kc = 2.79, Ti = 0.168, dan Td = 0.0105. Berikut adalah grafik

hasil dari respon permodelan system dengan pengendali PID metode Ciancone modified:

Gambar 15. Grafik hasil

Tampak bahwa signal keluaran sudah mengikuti setpoint dengan baik. Pada Gambar 15,

terlihat tidak terjadi overshoot untuk transient response dan steady state error bernilai mendekati nol.

Hal ini menunjukkan bahwa pengendaliannya telah baik dan valid.

4 HASIL PENELITIAN

Permodelan Sistem Pressure Process Rig sebelumnya diperoleh fungsi alih sebagai berikut.

s

s

es

es

KpsG

076.0

1135.0

351.0

1)(

[12]

Kemudian, dilakukan simulasi dengan menggunakan SIMULINK MATLAB untuk melihat

hasil keluaran dari fungsi alih di atas. Berikut ini adalah blok diagram yang digunakan.

Gambar 16. Blok Diagram awal


Permodelan di atas menggunakan initial value 0.3 dan final value 1.3. Berikut ini adalah

grafik hasil simulasi.

Gambar 17. Grafik Hasil Simulasi Blok Diagram awal

Dari grafik pada Gambar 17, terlihat bahwa grafik hasil permodelan sistem telah mengikuti

grafik respon asli sistem. Pada grafik hasil permodelan sistem terdapat perbedaan nilai dengan grafik

respon asli sistem pada keadaan steady state. Perbedaan ini terjadi akibat adanya truncation error

pada saat mengambil parameter permodelan. Dengan grafik yang berosilasi pada sistem asli, nilai

yang diambil untuk dijadikan parameter permodelan kurang akurat dan presisi sehingga menyebabkan

perbedaan nilai pada saat kondisi steady state. Perbedaan ini cukup kecil sehingga dapat ditoleransi.

Desain Pengendali Sistem dengan metode Ciancone menggunakan grafik Ciancone untuk

menentukan parameter Kc, Ti, dan Td. Parameter ini diperoleh dengan menggunakan nilai dari

permodelan sistem yang telah dilakukan. Dengan menggunakan mfile ciancone, diperoleh konstanta

Kc = 2.79, Ti = 0.168, dan Td = 0.0105.

Kemudian, berdasarkan persamaan tersebut, dilakukan permodelan blok diagram pada

SIMULINK MATLAB. Berikut adalah blok diagram yang digunakan.

Gambar 18. Blok Diagram Sistem

4.1 Analisis Percobaan Pengendali PID Ciancone pada Sistem Pressure Process Rig

Pada percobaan Pengendali PID Ciancone pada Real Sistem Pressure Process Rig, digunakan

pengendali PID yang telah dimodelkan sebelumnya, yaitu dengan Kc = 2.79, Ti = 0.168, dan Td =

0.0105. Pengendali PID yang telah disimulasikan di SIMULINK MATLAB dengan plant permodelan


sistem Pressure Process Rig di awal digunakan pada blok diagram yang langsung tersambung pada

sistem asli Pressure Process Rig. Blok Diagram yang digunakan adalah sebagai berikut.

Gambar 19. Blok Diagram Continous pada Real Pressure Process Rig.

Dari percobaan tersebut, diperoleh hasil grafik sebagai berikut.

Gambar 20. Grafik percobaan Continous

Dari grafik yang dihasilkan, terlihat bahwa response sistem mengikuti input yang diberikan.

Input yang diberikan adalah init step dengan initial condtion 1.91 dan final value sebesar 2.2 pada

percobaan continous. Init step memiliki step time 5 sec. Dan sampling time 0.001 untuk melihat

response sistem yang lebih presisi.

Berdasarkan Gambar 22, terlihat bahwa response sistem telah berhasil mengikuti input.

Response terlihat memiliki rise time yang cepat. Response juga terlihat tidak memiliki overshoot

sehingga kerusakan sistem akibat response berlebih dapat dihindari. Pada grafik juga terlihat bahwa

sistem langsung stabil tanpa membutuhkan settling time yang lama.

Sistem Pengendali PID Ciancone yang telah disimulasikan di SIMULINK MATLAB dapat

bekerja di sistem Pressure Process Rig.


5 KESIMPULAN

Dari percobaan yang telah dilakukan, diperoleh kesimpulan sebagai berikut.

1. Pressure Process Rig dapat dimodelkan dengan persamaan orde 1 dengan menggunakan

Process Reaction Curve.

2. Pada orde 1, Sistem dapat dikendalikan dengan menggunakan PID dengan parameter Kc =

2.79, Ti = 0.168, dan Td = 0.0105 dengan menggunakan metode ciancone.

3. Sistem dapat mengikuti set point yang diberikan.

4. Desain pengendali PID dapat dimodelkan dengan metode ciancone.

5. Untuk mendapatkan pengendali PID yang sesuai dengan keluaran, set point yang masuk ke

sistem perlu dimodifikasi menjadi terbalik.

6. Berdasarkan grafik, set point hasil modifikasi berhasil menggantikan set point sebelumnya.

7. Pengendali PID Continous yang telah dimodelkan pada saat simulasi dapat digunakan pada

plant asli, yaitu Pressure Process Rig. Keluaran Sistem Pressure Process Rig mengikuti

setpoint yang diberikan. Pengendali PID Ciancone telah berhasil dilakukan.

6 REFERENSI

[1] Ashok Kumar, Rajbir Morya, Munish Vashishath. "Performance Comparison Between Various

Tuning Strategies: Ciancone, Cohen Coon & Ziegler- Nicholas Tuning Methods." International

Journal of Computers & Technology, 2013: 60.

[2] D.E. Seborg, T.F. Edgar, D.A. Mellichamp. Process Dynamics and Control. New York: Wiley,

1989.

[3] Marlin. Process Control: Designing Process and Control Systems for Dynamic Performance

2nd Ed. New York: McGraw-Hill, 2000.

[4] Nise, Norman S. Control Systems Engineering, 4th Ed. New York: John Wiley, 2004.

[5] Ogata, Katsuhiko. Modern Control Engineering, 2nd Ed. Jakarta: Erlangga, 1991.

[6] Pratomo, Vector Anggit. "Perancangan Pengendali PID Pada Pressure Process Rig (38-714)

Berbasis Miktrokontroller AVR Atmega8535." Jurnal Teknik FTUP, 2012: 106-113.

[7] R. Ciancone, T. Marlin. "Tune Controllers to meet Plant Objectives." Control, 1992: 50-57.

[8] Shinskey, F.G. Process-Control Systems, Application, Design, and Tuning, fourth ed. New

York: McGraw-Hill, 1996.


RANCANG BANGUN SLIDE TRAFO 3 FASA DENGAN

MENGGUNAKAN KUMPARAN TOROID

Ahmad Rofii1

1 Teknik Elektro UTA’45 Jakarta

[email protected]

Abstrak

Kebutuhan sumber tegangan yang memilki variable halus dapat dilayani dengan berbagai macam peralatan.

Salah satu peralatan yang dapat dibangun untuk menghasilkan variable tegangan tiga fasa adalah auto

transformator atau slide transformator. Membangun sebuah auto/slide transformator dapat direalisasikan dengan

menggnakan kumparan toroid. Hasil yang diperoleh dengan membangun Slide transformatoryang menggunkan

kumparan toroid dapat menghasilkan variasi tegangan berbanding lurus dengan variasi perbandingan

transformator. Selanjutnya berdasar hasil pengujiaan bahwa transformator yang dibangun memilki para meter

penyebab rglasi tegangan masih relatip kecil yaitu sebesar 1,8%.

Kata Kunci: Auto/slide Transformator, Variabel, Tegangan

Abstract

Needs have variable voltage source fase can be served with a variety of equipment. One of the tools that can

be built to generate three-phase voltage, The name is variable auto transformer or slide transformer, One of

the tools that can be built to generate three-phase voltage, that names is variable auto transformer or slide

transformer. Build an auto / slide the transformer can be realized by using a coil toroid. Results obtained , build

using the build toroid coils transformator can generate voltage variation is directly proportional to the

variation ratio of the transformer. that is transformer have voltage regulation causes is still relatively small in

the amount of 1.8%.

Keyword : Auto/slide transformer, Varible, Voltage

1 PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Untuk menghasilkan Variasi tegangan arus bolak balik 3 fasa dapat dilakukan dengan berbagai cara,

dengan menggunakan peralatn elektronik, transformator tap changer atau dengan Slide/auto

transformer. Variable keluaran tegangan arus bolak balik 3 fasa dengan besar tegangan sampai 380 V

bila menggunakan peralatan elektronik harus didesain sedemikaian rupa dengan cukup rumit dan

mahal. Sebagai upaya lain untuk menghasilkan tegangan variable arus bolak balik tiga fasa dapat

digunakan sistim tap changer, namun sistim ini memilki kekurangan yaitu variatif tegangan yang


diinginkan masih kasar. Sebagai upaya yang dapat dilakukan untuk menghasilkan variasi tegangan

yang halus adalah dengan menggunakan sistim Slide Auto Transformator

Auto Transformator adalah transformator yang hanya memilki satu kumparan transformator.

Kumparan tersebut dapat besfungsi sebagai Primer sekaligus skunder. Variabel tegangan maksimum

sisi skunder transformator sama dengan tegangan primer. Auto transformator berdaya kecil < 2500

VA. Berdasarkan bentuk fisiknya umumnya didesain membentuk silinder Toroid . Manfaat dari

bentuk seperti silinder Teroid adalah adanya variasi tegangan sebanding dengan variasi perbandingan

transformator dan dapat mempermudah dalam pengoperasian nya.

Auto Transformator satu fasa saat ini dapat ditemui di toko toko penjual alat alat listrik,

namun untuk auto tarnsformator untuk kapasitas 3000 VA tiga fasa di pasaran masih sulit ditemui,

oleh karena itu untuk memenuh kebutuhan supali arus bolak balik tiga fasa variable, maka kami coba

merancang bangun auto tarafo tigafasa 3000 VA dengan bahan dasar adalah auto trafo satu fasa.

Dalam perancangan ini ditentukan parameter parameter umum transformator dengan cara mengikuti

formula formula yang berkaitan.

1.2 Tujuan

Maksud dan Tujuan dalam rancang bangun ini adalah :untuk menghasilkan rancang

bangun auto trafo 3 fasa yang dapat digunakan sebagai alat penghasil tegangan variable 3 fasa yang

halus.

2 METODE PERANCANGAN

2.1 Bentuk Kumparan

Untuk memudahkan penggunaan hasil perancangan bentuk liltan yang berkaitan dengan karya

tulis ini adalah liltan inti Toroid dimana lilitan inti bentuknya sederhana membentuk silinder yang

telah ada dipasaran.Kumparan ini berbentuk Donat yang mengahasilkan medan magnet luar berbentuk

kutub utara dan selatan.

Kumparan di bagi dalam dua bagian yaitu kumparan dengan inti tetap dan kumparan dengan inti

bergerak. Bentuk inti kumparan bermacam macam induktor solenoid, kumparan inti Toroid and

kumparan bentuk inti. Bentuk liltan yang berkaitan dengan karya tulis yang akan dirancang adalah

menggunakan kumparan selenoid inti besi tetap adalah lilta inti Toroid dimana lilitan inti bentuknya

sederhana membentuk silinder. Kumparan ini berbentuk Donat yang mengahasilkan medan magnet

luar berbentuk kutub utara dan selatan.

Pada kumparan toroid besar medan magnet di pusat atau titik tengah ditentukan berarkan

hukum amper yaitu dengan formula sebagai berikut

lNrB ....2. …………………………………1

Dimana


r

lNB

..2

..

………………………………………...2

Besar induktnsi dapat dihitung dengan cra yang sama perhitungan pada coil penghantar yaitu dengan:

r

ANL

;.2

.. 2

……………………………………….3

Dimana L adalah iduktor, µ adalah permeabolitas, N adalah Jumlah lilitan, r= Jari jari

lingkaran garis telah luas pemanpang kumparan, dan A adalah luas penampang

2.2 Perhitungan berat kawat

Autotransformator adalah transformator dimana kumparan primer dan sekunder

menjadi satu. Seperti gambar dibawah berikut

N1

N2

V2

Sisi TTSisi TR

V1

i1

i2

i3

V1

i1

i3N2

i2

N1

V2

Ekivalen ototransformer penaik

tegangan

Gambar. 1 Rangkaian Auto Transformator 1 fasa

Dimana

aI

I

V

V

N

N

NN

N

V

V

N

N

NN

N

I

I

V

V

a

iii

1,1

,1,1

2

1

1

2

1

2

21

2

1

2

1

2

21

2

2

1

2

1

123

…………………….4

Mentransformasikan energy listrik dengan auto transformator adalah penghematan kawat

karena Volume dan berat kawat sebanding dengan panjang dan penampang kawat. Panjang

kawat adalah sebanding dengan jumlah lilitan dan penampang kawat serta tergantung dari

arusnya. Sehingga berat kawat adalah sebanding dengan hasil kali arus dan jumlah lilitan.

Dengan berpedoman kepada


2211

122121 )()(

ININtrafoautotembagaBeratTC

IININNtrafoautotembagakawatBeratOC

ru

TrU

Sehingga

aININ

INN

TC

OC

rU

TrU 11

)(

2211

121

………………………………………...5

2.3 Bahan utama

Bahan utama yang digunakan adalah Kumparan donut dari sebuah transformator satu fasa,

selai bahan tersebut untuk mendesain sebuah transformator bahan yag sangat penting adaIah isolator

isolator adalah bahan penyekat yang tidak dapat dialiri arus listrik.Ada dua buah macam bahan isolasi

yang dipergunakan pada transformator,yaitu:

1.Zat padat

2. zat cair.

Isolasi zat cair pada transformator antara lain:

Minyak mineral ( Minyak trafo ) yang mana meskipun berfungsi sebagai pendingin,juga

merupakan isolasi tegangan tinggi yang baik pada transformator. Dalam perancangan ini bahan

isolasi yang digunakan adalah:

• Press board listrik

• kertas

• Kayu

• Mika , fiber,dll

2.4 Konstruksi Transformator

Konstruksi transformator secara umum terdiri atas:

- Inti yang terbuat dari lembaran plat besi lunak atau baja silikon yang diklem menjadi satu.

- Belitan dibuat dari tembaga yang membelitkan pada inti dapat konsentris maupun spiral.

- System pendinginan transformator yang berkapasitas kecil menggunakan udara terbuka, untuk

transformator yang berkapasitas besar system pendinginan dengan menggunkan minyak trafo.

Sedangkan konstruksi transformator berdasarkan kumparan,secara umum terbagi menjadi dua

macam type yaitu - Core type (jenis inti) yakni kumparan mengelilingi inti dan Shell type (jenis

cangkang), yaitu inti mengelilingi belitan.

Kontruksi yang direncanakan dalam rancang bangun ini adalah Transformator Donut core

type tiga tumpuk yang saling terhubung dank arena kaasitas kecil pendingin adalah udara terbuka.


2.5 Alat dan Bahan

Untuk rancang bangun auto trafo 3 fasa, kita mengunakan kumparan Toroida 3 buah yang

nantinya akan dijadikan dan disusun dengan sedemikian rupa sehingga menjadi autotrafo 3 fasa.,

isolasi (mika ,nomek,veternak),timah dan kabel, Sedangkan peralatan standar yang digunakan adalah

Solder, toolbox ( Tang,obeng,kunci pas / ring, Mikrometer, jangka sorong, gergaji besi, gerinda, bor

listrik dan alat bantu lainnya. Alat dan bahan yang akan digunakan dapat diuraikan sebgai berikut.

2.5.1 Lidah Arang

Lidah arang ini berfungsi sebagai penghantar tegangan output .Lidah arang ini bersifat

flexsibel sehingga dapat digeser naik turun.

Gambar 2. Lidah arang

2.5.2 Gulungan autotrafo

Gulungan trafo ini berfungsi sebagai transformasi tegangan untuk menaikan dan menurunkan

tegangan.Secara umum jenis kumparan terbagi menjadi :

- Core type (jenis inti) yakni kumparan mengelilingi inti

- Shell type (jenis cangkang), yaitu inti mengelilingi belitan.

Jadi gulungan yang dipakai yaitu jenis core type berbentuk donut

Gambar.3 Kumparan Donut


2.5.3 Ring penyangga

Ring plat ini diletakkan diatas gulungan yang berfungsi sebagai penyangga gulungan

sekaligus sebagai poros as lidah arang.

Gambar 4. Ring penyangga

2.5.4 As poros lidah arang

Pada bagian as ini berfungsi untuk as lidah arang,agar apabila lidah arang digerakkan tiga-

tiganya ikut bergerak secara bersama.Sehinga tegangan output yang dihasilkan besarnya relative

sama. As ini kita buat ketukang bubut,karena panjang as ini tiga kali lebih panjang dengan panjang as

yang ada pada autotrafo satu fasa

Gambar 5. As poros lidah arang


2.5.5 As penyekat antar gulungan

As ini digunakan sebagai penyekat dan penyangga tap antar gulungan,agar susunan yang

diperoleh rapi dan tidak bergeser.

Gambar 6. As penyekat antar gulungan

Dibawah ini adalah bagian-bagian atau komponen yang diperlukan sebagai langkah awal untuk

merancang bangun autotrafo 3 fasa,yang terdiri dari

1. Lidah arang sebanyak 3 pcs

2. Gulungan trafo 1 fasa sebanyak 3 pcs

3. Ring penyangga sebanyak 3 pcs

4. As lidah arang sebanyak 1 pcs

5. As penyekat sebanyak 6 pcs

Gambar.7.adalah merupakan pengumpulan bahan yang ada pada autotrafo satufasa kecuali as lidah

arang kita pesan khusus.


Gambar 7. as lidah arang

2.6 Pengukuran Dimensi

Langkah selanjutnya kita lakukan pengukuran untuk memperoleh data-data sebagai berikut;

Kapasitas daya, Diameter kawat 0,70 mm ( pengukuran dengan mikromerer), Jumlah lilitan Parameter

hasil pengukuran data pada kumpran toroida digunakan untuk pembanding dengan auto trafo 3 fasa,

.Dengan tujuan hasil rancangan kita layak untuk digunakan.

2.7 Proses Penyusunan Dan pengawatan

Pada langkah penyusunan gulungan disusun tumpuk keatas hal ini untuk memudahkan,dalam

proses pergeseran lidah arang.Pergerakan lidah arang harus secara bersama-sama atau serentak agar

tegangan output antar fasa relativ sama.Dalam hal penyusunan atau penempatan gulungan harus

mengutamakan keselamatan.Hal ini dapat dilakukan dengan pemasangan isolasi sebagai penyekat

gulungan,agar tidak terjadi kontak body. Isolasi tambahan yaitu veternak,veternak inilah yang

digunkan sebagai sekat antar gulungan.

Langkah-langkah penyusunan dalam perancangannya:

1. Memotong veternak uk.20 X20 Cm sebanyak 3 pcs Veternak ini nantinya digunakan sebagai

tempat dudukan gulungan,veternak digunkan adalah dengan ketebalan 25mm.Bahan veternak ini

mudah dijumpai di toko-toko kawat.

2. Mengebor veternak yang telah kita potong sebanyak tiga titik dipinggir sudut dan titi tengah.Untuk

ukuran besar mata bor yang digunakan terdiri dua macam ukuran.Ukuran disesuaikan dengan besar

diameter as penyekat yang diletakkan di tiga sisi sudut pinggir.Sedangkan satunya lagi dipakai

untuk titik tengah yang dipakai untuk as arang lidah

3. Meletakkan gulungan diatas potongan veternak yang telah kita siapkan tadi dengan alaskan

karet.Posisi gulungan diusahakan berada persis ditengah,hal ini dimaksudkan sebagai

keseimbangan letak gulungan berikutnya.

4. Memasang ring penyangga kemudian di skru,hal ini agar gulungan tidak bergeser kekanan maupun

kekiri.

5. Memasang as lidah arang,as lidah arang dipasang tegak berdiri posisi ditengah-tengah gulungan.


6. Memasang lidah arang,lidah arang berbentuk carbon sebagai transformasi output.

7. Memasang as penyekat pada tiga titik sisi pinggir yang telah kita bor tadi.

8. Meletakkan veternak ukuran 20 X20 cm diatas gulungan dengan jarak sesuai panjang as penyekat

tadi.

Tahap-tahap berikutnya dilakukan secara berulang sesuai step poin 3-8. Pada langkah

pengawatan ,dikopel atau disambung dengan hubungan bintang

2.8 Pengujian Transformator

Setelah direncanakan dan dibuat, autotrafo tersebut lalu di uji.Pada pengujian autotrafo ini

bertujuan untuk mendapatkan parameter parameter yang diperlukan sebagai bahan analisa.Dan hasil

analisa merupakan sifat atau karakteristik dari autotrafo yang kita rancang.adapun tahapan pengujian

antara lain : pengujian beban nol ,pengujian berbeban dan pengujian hubung singkat.

Pada pengujian beban nol,berbeban maupun hubung singkat nantinya akan diukur

tegangan,arus ,dan daya baik pada bagian input maupun outputnya

2.9 Pengukuran Beban Nol

Pengukuran beban nol dipakai untuk mencari rugi-rugi besi pada transformator. Rangkaian

ekivalen pada keadaan transformator tanpa beban seperti gambar 3.1 dibawah ini, bila tegangan V

diberikan pada sisi tegangan rendah (lebih rendah), maka akan mengalir Io pada impedansi bocor Z2 =

R2 + jX2 (sisi tegangan yang lebih rendah) yang diseri dengan impedansi eksitansi Zo = Rc + jXm.

karena pada Z2 << Zo maka Z2 dapat diabaikan tanpa mengurangi ketelitian.

WA

V

TTTR

Gambar 8. Gambar Rangkaian Percobaan beban nol

WA

VXm

Io


Gambar 9 Rangkaian Ekivalen pengukuran beban nol

Bila hasil pengukuran ini didapat

1. Tegangan masuk (Vin) yang diukur dengan voltmeter, merupakan tegangan Vn sisi tegangan

rendah (lebih rendah).

2. Arus beban nol (Io) yang diukur dengan ampermeter.

3. Daya, karena adanya rugi besi (histerisis dan arus putar) Pb = Pc yang diukur dengan

wattmeter, dan rugi tembaga pada kumparan primer yang dalam hal ini dapat diabaikan.

Dari percobaan ini dapat dihitung :

in

ccincc

V

PIVIP atau ......................................................................... 6

22atau dan com

o

ino

c

inc RZX

I

VZ

I

VR

inococooinoc VIPRIVIP coscosatau 2

oocoo IdanII cossinatau ................................................................ 7

m

inc

c

inc

I

VX

I

VR dan

Bila Pc = Ic.Vin dan Ic = Vin/Rc maka akan didapat Pc = Vin/Rc.

Dalam hal ini tegangan Vin merupakan tegangan pada keadaan tegangan pengenal pada sisi

tegangan transformator.

2.10 Pengukuran Hubung Singkat

Percobaan hubung singkat ini dapat dipakai untuk mencari rugi-rugi tembaga. Arus hubung

singkat pada tegangan nominal akan sangat besar, hingga dapat merusak lilitan primer skunder karena

panas yang timbul (karena rugi-rugi tembaga pada lilitan). Pada percobaan ini arus yang mengalir

pada ampermeter diatur sedemikian hingga tidak menimbulkan panas yang berlebihan. Pada

umumnya tegangan Vi sekitar 5 – 10 % dari tegangan nominal.


WA

V

TT TR

Gambar 10. Rangkaian Percobaan hubung singkat

W

AV

Rek Xek

Ihs

Gambar 11. Rangkaian Ekivalen

Dalam keadaan hubung singkat, impedansi beban diperkecil hingga nol akibatnya I2 jauh

lebih besar dibandingkan dengan Io. oleh karena V2 kecil dan akibatnya V1 juga kecil yang

berartifluks magnetik dan kerapatan fluks (B) juga kecil, dan dapat diabaikan. Impedansi yang ada

Zekl = Rekl + jXekl yang membatasi arus.

Dimana ; Rekl = R1 + a2R2 dan Xekl = X1 + a

2X2.

Dari hasil pengukuran tersebut dapat dihitung, dimana Pcu = rugi tembaga.

22

1

2 atau eklekleklhs

ekleklcu RZXI

VZdanRIP ……………………..8

Pada umumnya R1 ≈≡a2R2 dan X1 ≈≡ a

2X2, selain itu rugi-rugi tembaga sebanding dengan kuadrat

arusnya. Tegangan hubung singkat (Vhs) sering dinyatakan dalam persen yaitu ;

%100%1

V

VV hs

hs ................................................................................................... 9

Dimana V1 = tegangan nominal pada sisi primer

Besarnya arus hubung singkat pada tegangan V1 :


11 I

V

VI

hs

hs

11

1 %

1001I

VI

VVI

hshs

hs ……………………………………………….10

2.11 Pengaturan Tegangan (Regulasi)

Pengaturan tegangan suatu transformator adalah perubahan tegangan sekunder pada beban nol

dan berbeban pada suatu faktor kerja tertentu, pada tegangan primer tetap, pengaturan tegangan ini

pada umumnya dinyatakan dalam %.

%100V

VV % tegangan Pengaturan

penuh)(beban 2

penuh)(beban 2beban) (tanpa 2

…………….11

Pada keadaan tanpa beban dan semua sisi primer dinyatakan pada sisi-sisi sekunder maka

penuh)(beban 2V = V1(l/a) jadi dapat ditulis penuh)(beban 2V = V2

%100V

VV V% % tegangan Pengaturan

2

21

a

………………….. 12

3 ANALISA DAN HASIL RANCANG BANGUN

3.1 Hasil Rancangan

Berdasar rancangan kemudian dibangun suatu transformator dan berbentuk suatu

transformator 3 yang bisa berbagai macam fungsi yaitu untuk pengasutan motor,atau sebagai varibel

tegangan tiga fasa dari 0-430 Volt.Bentuk hubunga tiga fasa dari Auto transformator untuk

menghasilkan tegangan tersebut dapat menggunakan hubungan -Y, -,

3.2 Temperatur maksimum .

Isolasi yang di gunakan adalah isolasi ( email ) supreme yang memiliki klas F,dimana klas F

memiliki daya tahan suhu maksimum 130C.Sengan demikian tranformator ini maju menahan panas

sampai 130C.

Berdasar hasil pengujian hubung singkat bahwa terjadi pergerakan isolasi ( panas yang

membahayakan ) ketika arus sekunder mencapai 6 Amper.dan ini menunjukan bahwa tranformasi ini

hanya boleh dibebani kurang dari 6 Amper

Data teknis diatas adalah data acuan berdasar hasil rancang bangun yang kemudian di lakukan

pengujian-pengijian untuk menghasilkan parameter trafo tersebut.


Gambar 12..merupakan hasil penyusunan auto trafo

3.3 Hasil Pengujian beban Nol

Pengujian beban nol dalam proses pengujian ini di lakukan pada kondisi trafo 1.Data hasil

pengujian adalah sebagai berikut.

Input Output

Tegangan 220 volt 250 volt

Arus 0,3 A Nol

Daya 6,6 W Nol

berdasar data tersebut maka dapat dketahui parameter Rc ( rugi tembaga ) , Xm,dan mpedensi exiter

berdasar formula 2.13 dimana O

O

CZ

IR dimana Zo adalah impedansi exiter

O

OZ

EI 1

dimana Zo = Rc + J Xm.

Sedangkan Rugi tembaga (RC) dapat dihitung dengan

Rugi Tembaga O

CZ

priimertermiinalteganganpengukuranHasilR =

O

CZ

ER 1


Berikutnya dengan dasar formula sebagai berikut yaitu Ic

VinRc untuk menghitung besar rugi arus

pemagnetan (IC) adaah

AZnolbebnedansi

PinputdayapegukuranHasilI

O

O

C 00135,0223

3,0

)(Im

)(

Maka 18,16500135,0

223Rc

Untuk menghitung parameter yang lain untuk memenuhi besaran besaran yang ada pada rangkaian

ekuivalen transformator hasil rancangan adalah dengan menentukan Tahanan, reaktansi dan

Impedansi ekuivalen, engn metode sbagai berikut

Z2 = R

2 + X

2

625,5018,16533,743 2222 RZX

3.4 Analisa hasil pengujian hubung singkat

Tujuan utama dalam pengujian hubung singkat adalah menentukan Rugi Tegangan, nilai

tahanan dan nilai reaktansi transformator uji. Proses pengujian dilakukan pada koneksi satu fasa dan

data yang diperoleh adalah

Input Output

V Cos I V I

3

8

11

16

70

0,24

0,94

0,94

0,95

0,95

0,3

0,5

0,7

1,7

1,7

0

0

0

0

0

1,5

5,2

7,8

11,2

16,7

3.5 Nilai parameter Rangkaian ekuivalen Transformator

Dengan menggunakan formula Req = R1 + a2 R2 dimana a pada saat pengujian ini adalah 1,

maka Req = R1 + R2 atau R1 = ½ Req dan R2 = ½ Req Dan Zeq = Req + Xeq

Sama halnya dengan Req, Zeq = X1 + a2 X2

pengukuranHasilI

VpengukuransilTeganganhaZ EX

1

1)(

33,7433,0

223

A

V

Io

VinZo


Sehingga hasilnya adalah sebagai berikut :

Vin Iin Zeq

3

8

11

16

20

0,3

0,5

0,7

0,95

0,95

10

16

15,71

16,8

21,03

Jika 2

1

_I

PRdanXRX in

EqEqEq Dan 2

1

ReI

Pinq maka diperoleh nilai nilai sebagai

berikut

Phs Iin Req R1 R2

0,666

3,85

7,238

25,84

32,3

0,3

0,5

0,7

1,7

1,7

7,4

15,4

14,7

8,9

11,7

3,7

7,7

7,35

4,45

5,585

3,7

7,7

7,35

4,45

5,585

Daya nominal trafo adalah 1000Va/fasa

Maka arus nominal AI N 5,4220

1000

Pada bagian sekunder maka equivalen dengan pengujian hubung singkat pada 8 volt input yaitu 5,2

ampere.Sehingga dalam keadaan nominal R1 dan R2 trafo tersebut adalah 7,7 ohm

Maka nilai Xeq dapat ditentukan dengan

qZeqXeq Re

Dengan hasil perhitungan:

74,64,710,.4,7.10 EqEqEq XmakaRdanZJika

Zeq Req Xeq

10

16

15,71

16,8

7,4

15,4

14,7

8,9

6,73

4,3

5,54

14,25


21,05 11,17 17.84

3.6 Regulasi Tegangan

Regulasi tegangan dihasilkan dengan cara pemberian beban beban nol dan pemberian beban

penuh.Sedangkan pengukuran dilakkan pada sisi sekunder.data yang dihasilkan adalah sebagai

berikut:

Transformador Pada Beban Nol Transformador Pada Beban Penuh

V2 : 3 volt

I2 : 0 Ampere

V2 : 219 Volt

I2 : 5 Ampere

Maka Regulasi tegangan adalah

%1002

2/1% X

V

VaVV

%100

219

2191/223% XV

=1,8 %

3.7 Analisa Data dan analisa pengujian

Berdasarkan hasil pengujian pengamatan dan analisa pada dasarnya transformator adalah alat

transfer seluruh energi dari primer terhadap sekunder namun dalam realita(hasil rancangan) terbukti

tidak semua energi primer ditransformasikan ke sekunder artinya masih ada energi yang terbuang atau

tersimpan pada transformator

- Energi yang tersimpan dalam transformator ini direferensikan sebagai induksi cangkang

dalam bentuk non magnetik diantara kumparan-kumparan dan dalam teori (equivalent

circuit)adalah seri dengan kumparan (konstanta R ekuivalen) dan sebanding dengan arus yang

mengalir pada sekunder(beban) - Energi yang tidak disalurkan kesekunder(tersimpan) yang lain adalah dalam bentuk mutual

induksi yang direverensikan dalam equivalent circuit (X equivalen) adalah pararel dengan

gulungan

Konstatanta (R equivalen dan X equivalen) trafo tersebut adalah suatu representasi dari trafo

sebenarnya (bukan ideal),

Hasil rancang bangun menunjukan bahwa auto trafo ini memililiki regualasi tegangan 1,8% dan

menurut standar PUIL bahwa tegangan rendah drop tegangan yang diijinkan adalah kurang dari 5 %,

Jadi hasil rancang bangun dapat dipakai alat pratikum pada laboratorium atau juga dapat digunakan

untuk kepentingan lain misalnya pengasutan motor tiga fasa kapasitas 3 Hp.


4 KESIMPULAN

Setelah dilakukan pengujian dan analisa pada hasil rancang bangun autotrafo dapat ditarik kesimpulan

sebagai berikut:

1. Ketahanan panas bahan isolasi adalah kelas F atau suhu maksimum 130 ° Celsius sehingga

auto trafo ini dapat digunkan untuk suhu ambien normal dan beban penuh

2. Kekuatan Penampang kawat (kumparan) dibawah 7 ampere, ini menandaan bahwa auto

transformtor ini mampu di gunakan untuk beban 80% X 7 Amper

3. Kemampuan daya maksimal Autotrafo adalah 1000Va/fasa dan 3000Va dalam keadan tiga

fasa

4. Regulasi tegangan atau tegangan yang terbuang kurang lebih 1,8%, regulasi tegangan sebesar

ini dapat melayani beban beban yang beban toleransi tegangan 10 %

5 REFERENSI

[1]. B.L. Teraja, a text-book of technology in s.i System of unit, publication division of NIRJA

CONSTRUCTRION & DEVELOPMENT CO.(P) ltd, new delhi 1994.

[2]. Stephen j.c ELECTRIC MACHINERY FUNDAMENTALS, McGraw-Hill Book Company 1985.

[3]. Mochtar wijaya, ST, DASAR – DASAR MESIN LISTRIK, penerbit djambatan 2001.

[4]. A. E. Fitzgerald, alih bahasa oleh Joko Achyanto, MSC. EE, MESIN-MESIN LISTRIK, edisi empat

erlangga, 1997.

[5]. Zuhal, prof, DASAR TEKNIK TENAGA LISTRIK DN ELEKTRONIKA DAYA, penerbit PT

Gramedia Jakarta, 1992.

[6]. Singh Barbir, Elektrical Machine Design, Vakas Publising House PVT, Bombay.

PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP DENGAN PERIPHERAL SLITS UNTUK

APLIKASI TV DIGITAL

Syah Alam1, I Nyoman yogi w

2

12

Universitas 17 Agustus 1945 Jakarta,


Abstrak

Dalam paper ini dibahas tentang antena mikrostrip yang dirancang untuk aplikasi TV Digital (DVB T2) pada

frekuensi kerja 586 MHz dengan menggunakan metode peripheral slits. Metode peripheral slits digunakan

untuk membuat ukuran antena menjadi lebih kecil dan compact sehingga dapat digunakan untuk aplikasi TV

Digital DVB T2 untuk kondisi dalam gedung (indoor). Antena yang di desain memiliki bentuk patch segiempat

yang diberi beban beberapa slit untuk dapat membuat antena menjadi kecil. Bahan substrat yang digunakan pada

perancangan antena ini adalah FR 4 Epoxy yang memiliki nilai konstanta dielektrik (єr) = 4,3 dengan ketebalan

bahan (h) 1,53 mm. Dari hasil simulasi dengan bantuan perangkat lunak diperoleh nilai return loss -18,56 dB

dengan nilai VSWR 1,269.


Kata Kunci: Microstrip, antena, return loss, VSWR, return loss, peripheral slits, patch

Abstract

In this paper discussed about microstrip antenna designed for application Digital TV ( DVB T2 ) at the working

frequency of 586 MHz using peripheral slits . Methods used to make the peripheral slits become smaller

antenna size and compact so it can be used for DVB T2 Digital TV applications for the conditions in the

building (indoor ) . The antenna design has the shape of a rectangular patch which is loaded multiple slit to be

able to make the antenna to be small . Substrate materials used in the design of this antenna is Epoxy FR 4

which has a dielectric constant values ( єr ) = 4.3 with a material thickness ( h ) of 1.53 mm . From the

simulation results obtained with the help of software -18.56 dB return loss VSWR value 1.269 .

Keyword : WiMAX, Triangular, Microstrip, Antena, Return Loss, VSWR

1 PENDAHULUAN

Penyiaran televisi digital merupakan suatu teknologi yang tidak dapat dihindari oleh negara-

negara manapun di dunia. Perkembangan teknologi penyiaran televisi digital menjadi suatu tuntutan

global dimana setiap negara telah dan sedang dalam proses menuju peralihan dari sistem penyiaran

analog ke digital. Keuntungan implementasi penyiaran televisi digital antara lain penerimaan gambar

dan suara yang lebih tajam dan lebih baik, pemakaian frekuensi radio yang lebih efisien [1].

Menghentikan siaran analog akan menghemat penggunaan spektrum frekuensi radio.

Standar penyiaran televisi digital juga telah mengalami perkembangan dari Digital Video

Broadcasting – Terestrial (DVB-T) menjadi Digital Video Broadcasting – Terestrial second

generation (DVB-T2). Pemerintah melalui Peraturan Menteri Komunikasi dan Informatika No.

05/PER/M.KOMINFO/2/2012 tentang Standar Penyiaran Televisi Digital Terestrial Penerimaan

Tetap Tidak Berbayar (free-to-air), menetapkan standar DVB-T2 sebagai standar penyiaran televisi

digital terestrial free-to-air di Indonesia [2]. Menteri Komunikasi dan Informatika Republik Indonesia

nomor 23/PER/M.KOMINFO/11/2011 menetapkan Peraturan Menteri Komunikasi Dan Informatika

tentang rencana induk (masterplan) frekuensi radio untuk keperluan televisi siaran digital terestrial

pada pita frekuensi radio 478 – 694 MHz [3].

Kebutuhan teknologi ini memerlukan suatu perangkat yang dapat bekerja menjalankan fungsi

sistem televisi digital tersebut. Salah satu perangkatnya adalah antena yang merupakan elemen

penting yang ada pada setiap sistem televisi . Fungsi antena adalah sebagai komponen yang dirancang

untuk bisa memancarkan dan menerima gelombang elektromagnetika. Pemilihan antena yang tepat,

dan perancangan yang baik akan menjamin kinerja (peformansi) sistem tesebut. Setiap aplikasi

menuntut suatu karakteristik dari antena yang dipakainya, yang harus didapatkan pada proses

perencanaan perancangan antena [4].

Pada umumnya antena televisi menggunakan antena tipe yagi yang sudah banyak diketahui

oleh masyarakat. Antena yagi ini mempunyai dimensi dan ukuran yang cukup tebal dan besar, kurang

lebih sekitar 1 meter, sehingga biasanya antena ini digunakan sebagai antena outdoor (luar ruangan).

Selain itu terdapat juga penelitian [5] yang memanfaatkan antena sebagai penerima televisi digital

yaitu antena kubikal yang termasuk dalam jenis antena kawat untuk penerima televisi digital yaitu

dengan panjang sekitar 85 cm.

Dapat dilihat bahwa karakteristik dimensi antena yagi dan kubikal yang digunakan untuk

penerima televisi digital masih cenderung besar dan kurang optimal sehingga dibutuhkan suatu antena

yang mempunyai dimensi yang kompak. Salah satu antena yang mempunyai dimensi optimal dan

kompak adalah antena mikrostrip. Antena mikrostrip merupakan antena yang tersusun atas bagian

lapisan tipis konduktor berbahan metal dan logam di atas sebuah substrat yang dapat merambatkan

gelombang elektromagnetik dan pada salah satu sisi lain dilapisi konduktor sebagai bidang


START

Menentukan Frekuensi Kerja Antenna

Menentukan Substrat yang Digunakan

Menghitung Dimensi Antena Mikrostrip pada frekuensi

kerja TV Digital

Menentukan Dimesi Saluran Pencatu 50 Ohm

Simulasi dengan Software yang tersedia

Return Loss ≤ -10 dBVSWR ≤ 2

Membentuk Antena Peripheral Slits

Iterasi Panjang dan Posisi PencatuIterasi Patch Antena

Simulasi dengan Software Yang Tersedia

Return Loss ≤ -10 dBVSWR ≤ 2

Iterasi Panjang dan Posisi PencatuIterasi Patch Antena

END

pentanahan. Antena mikrostrip mempunyai bentuk yang sederhana, efisien, ekonomis dan mudah

pembuatannya. Keunggulan antena mikrostrip tersebut yang melatar belakangi perancangan antena

mikrostrip sebagai penangkap siaran televisi digital. Namun demikian antena mikrostrip mempunyai

kelemahan yang sangat mendasar, yaitu: bandwidth yang sempit, keterbatasan gain dan daya yang

rendah [6]. Dan semakin kecil frekuensi maka semakin besar dimensi antena mikrostrip tersebut.

Penelitian ini bertujuan untuk melakukan perancangan dan merealisasikan antena mikrostrip

untuk aplikasi antena penerima televisi digital yang bekerja pada frekuensi 586 MHz dengan

menggunakan teknik peripheral slits yang dicatu dengan saluran mikrostrip.

Sedangkan manfaat dari penelitian ini adalah 1). menghasilkan suatu disain baru pada antena

mikrostrip dengan dimensi yang lebih kompak, sehingga dapat digunakan sebagai antena penerima

televisi digital, 2). menghasilkan disain antena dengan material yang mudah dan murah, 3). dapat

menghasilkan prototip antena dengan performansi yang baik.

2 DESAIN ANTENA

2.1 Diagram Alir Penelitian

Proses perancangan antena dilakukan melalui beberapa tahapan mulai dari menentukan

frekuensi kerja yang diinginkan. Kemudian menentukan substrat yang akan digunakan. Setelah

beberapa hal diatas telah dilakukan maka perancangan antena sudah dapat dilakukan, yaitu

menentukan dan menghitung dimensi patch, menghitung dimensi pencatu, melakukan simulasi antena

yang telah dirancang.

Pada penelitian ini diperoleh prototipe antena penerima televisi digital dengan teknik

peripheral slits yang dicatu dengan saluran mikrostrip. Adapun indikator parameter antena mikrostrip

yang akan dicapai adalah antara lain meliputi parameter return loss, VSWR dan lebar pita,

polaradiasi. Parameter return loss yang diharapkan adalah ≤ - 10 dB , VSWR < 2 dan polaradiasi

omnidirectional dengan hanya menggunakan satu lapis substrat. Pada gambar 1 dibawah ini

menunjukkan diagram alir perancangan antena. Pada peneletian sebelumnya teknik peripheral slits

berhasil mereduksi ukuran patch antena dengan nilai yang signifikan [7].


Gambar 1. Diagram Alir Penelitian

2.2 Perancangan Antena

Setiap substrat memiliki spesifikasi yang berbeda-beda. Pada penelitian ini substrat yang akan

digunakan adalah FR4 (epoxy) dengan merk NH. Jenis substrat ini digunakan karena memiliki

ketebalan yang cukup kecil, bahan substrat yang mudah didapatkan dan memiliki nilai ekonomis bila

dibandingkan dengan substrat Taconic TLY-5 tetapi memiliki kerugian tetapi memiliki kerugian yaitu

memiliki konstanta dielektrik yang cukup besar sehingga dapat berpengaruh pada penurunan kinerja

antena. Substrat FR4 (epoxy) memiliki spesifikasi seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1 berikut ini:

Tabel 1. Spesifikasi Substrat yang digunakan

Jenis Substrat FR4 (epoxy)

Konstanta Dielektrik Relatif ( r ) 4,3

Konstanta Permeabilitas Relatif ( r ) 1

Dielectric Loss Tangent ( tan ) 0,0265

Ketebalan Substrat (h) 1,6 mm

Konduktifitas Bahan 5,8 x 107 S/m

2.2.1 Perancangan Impedansi dan Dimensi Pencatu

Saluran pencatu yang digunakan pada antena ini adalah mikrostrip line dengan nilai

impedansi sebesar 50 Ohm menggunakan teknik pencatuan tidak langsung. Dimensi saluran catu

dapat dihitung dan di simulasikan dengan menggunakan perangkat lunak PCAAD.

2.2.2 Saluran Pencatu 50 Ω

Pencatu 50 Ω digunakan sebagai pencatu utama dari antena rancangan yang akan terhubung

dengan konektor SMA female. Lebar pencatu 50 Ohm dapat dicari dengan persamaan 1 dan

persamaan 2.


…………………………………………………………………………… (1)

= 3.4100

60 2

= 5,7

………………….. (2)

= 2 x 0,00165,71 – 1 – ln (2 x 5,71 – 1) + 4,3 – 1 [ln (5,71 – 1) + 0,39 – 0,61]

Π 2 x 4,3 4,3

= 0,331 cm

Dengan menggunakan program PCAAD, akan didapatkan lebar pencatu seperti pada Gambar

2 dibawah ini :

Gambar 2. Tampilan Hasil Program PCAAD untuk mencari lebar pencatu 50 Ω


Dengan memasukkan parameter-parameter seperti impedansi, tebal, substrat dan dielectric

constant, didapatkan lebar pencatu sebesar 0,311 cm atau 3,11 mm. Namun untuk menyesuaikan

dengan ukuran grid yang dipakai pada Microwave AWR 2004 maka lebar ini dibulatkan menjadi 0,31

cm atau 3,1 mm.

2.2.3 Penentuan Dimensi Awal Antena

Setelah mendapatkan spesifikasi mengenai substrat yang diinginkan, kemudian dilakukan

perancangan patch peradiasi antena mikrostrip. Antena ini dirancang pada frekuensi kerja 586 MHz

(478 - 694 MHz). Langkah awal perancangan patch antena dilakukan dengan menentukan dimensi

dari patch tersebut. Perhitungan panjang patch persegi panjang dapat dihitung berdasarkan rumus 3

dibawah ini :

....................................................................................................... (3)

W = 12,34 cm = 123,4 mm

Sedangkan konstanta dielektrik efektif dan panjang efektif antena mikrostrip dapat dihitung

berdasarkan rumus 4 dan rumus 5 sebagai berikut

............................................................................ (4)

.................................................................................................... (5)


L eff = 157,2 mm

Berdasarkan hasil perhitungan dan dilakukan desain awal menggunakan perangkat lunak

AWR Microwave Office 2004 maka didapatkan ukuran patch berbentuk segi empat ini dapat dilihat

pada Gambar 3.

Gambar 3. Desain awal antena segiempat untuk frekuensi 586 MHz

Dari rancangan antenna dengan stub dilakukan simulasi untuk memperoleh nilai return loss

dan VSWR menggunakan perangkat lunak AWR Microwave Office. Adapun hasil simulasi dapat

dilihat dari gambar 5 dan 6 dibawah ini.

2.2.4 Perancangan Antena Segiempat dengan stub

Antena yang dirancang dengan ukuran berdasarkan perhitungan belum memiliki kondisi

kesesuaian yang tepat. Untuk mendapatkan keadaan yang sesuai dengan nilai return loss ≥ -10 dB dan

VSWR ≥ 2 maka dilakukan iterasi pada pencatu, salah satunya dengan menambahkan stub pada

pencatu. Penambahan sebuah stub matching memiliki pengaruh terhadap kesesuaian impedansi antara

saluran transmisi dengan beban. Kondisi mismatch dipengaruhi oleh posisi stub dari patch dan

panjang stub itu sendiri. Desain dan gambar patch yang telah diiterasi menggunakan stub dapat dilihat

pada Gambar 4.

Gambar 4. Bentuk dari antena segiempat dengan stub


2.2.5 Perancangan Antena Segiempat dengan peripheral slits

Tahap selanjutnya adalah dengan membuat peripheral slits pada patch antena yang bertujuan

untuk mengurangi atau memperkecil dimensi antena. Untuk dapat menghasilkan frekuensi kerja yang

mendekati tepat maka dilakukan iterasi beberapa kali dengan mengubah ukuran slits. Luas enclosure

terbaik adalah (120 x 90) mm dengan panjang pencatu adalah 31,5 mm. Rancangan akhir patch antena

persegi panjang menggunakan teknik peripheral slits dapat dilihat pada Gambar 5.

Gambar 5. Desain Antena dengan peripheral slits

3 HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Simulasi Rancangan Awal Antena

Setelah patch pertama selesai didesain maka dilakukan proses simulasi untuk mendapatkan

parameter VSWR dan return loss dari patch berdasarkan perhitungan. Parameter return loss dan

VSWR dapat dilihat pada Gambar 6 dan 7.

Gambar 6. Hasil simulasi return loss rancangan awal antenna


Gambar 7. Hasil simulasi VSWR rancangan awal antenna

Hasil simulasi diatas menunjukkan parameter VSWR dan return loss dari patch berdasarkan

perhitungan. Dari Gambar 6 dan 7 terlihat bahwa patch berdasarkan perhitungan ini belum dalam

keadaan matching dengan nilai VSWR 2,215 dan return loss -8,437 dB pada frekuensi kerja yang

telah ditentukan yaitu 586 MHz. Untuk membuat patch ini menjadi bekerja di frekuensi yang

diinginkan maka perlu dilakukan penyesuaian pada patch yang sesuai dengan perhitungan ini yaitu

dengan mengubah ukuran patch, mengubah ukuran enclosure, menggeser letak pencatu dan

memberikan elemen tambahan pada saluran pencatu. Dengan melakukan penyesuaian tersebut

diharapkan mendapatkan frekuensi kerja yang tepat yaitu pada frekuensi 586 MHz.

3.2 Simulasi Antena dengan Stub

Dari rancangan antenna dengan stub dilakukan simulasi untuk memperoleh nilai return loss dan

VSWR menggunakan perangkat lunak AWR Microwave Office. Adapun hasil simulasi dapat dilihat

dari gambar 8 dan 9 dibawah ini.

Gambar 8. Hasil Simulasi Return Loss Antena dengan Stub


Gambar 9. Hasil Simulasi VSWR Antena dengan Stub

Hasil simulasi diatas merupakan hasil simulasi dengan melakukan penambahan stub pada

saluran pencatu. Pada Gambar 8 dan Gambar 9 terlihat bahwa antena persegi panjang dengan

menggunakan stub memiliki keadaan yang sesuai dengan nilai return loss sebesar -13,65 dB dan nilai

VSWR 1,542 pada frekuensi kerja 586 MHz. Tetapi dapat dilihat pada Gambar 4 bahwa antena masih

memiliki dimensi yang cukup besar dengan ukuran enclosure sebesar ( 170 x 170 ) mm dan ukuran

patch sebesar (157 x 122 ) mm. Oleh karena itu, untuk mendapatkan dimensi antena yang lebih

optimal maka pada tahap selanjutnya dilakukan perancangan antena menggunakan teknik peripheral

slits yaitu dengan membuat beberapa belahan (slits) pada sisi-sisi patch antena.

3.3 Simulasi Antena dengan peripheral slits

Dari beberapa iterasi yang telah dilakukan maka dihasilkan seperti pada Gambar 3.10. Dan

diharapkan antena dapat bekerja sesuai dengan frekuensi dan memiliki parameter return loss ≤10 dB

dan VSWR ≤ 2. Iterasi dilakukan dengan mengubah lebar dan panjang slits yang dibuat. Pada Tabel 2

adalah hasil terbaik dari iterasi yang telah dilakukan dengan lebar celah masing-masing slits yang

berbeda.

Tabel 2. Iterasi Lebar Celah Slits

Lebar

Celah

Slits

Panjang Slits

a b c d e f

4 mm 25,5

mm

20 mm 22,5

mm

20 mm 24 mm 26,5

mm

5 mm 25,5

mm

20 mm 22,5

mm

20 mm 24 mm 26,5

mm

6 mm 25,5

mm

20 mm 22,5

mm

20 mm 24 mm 26,5

mm

Dari iterasi yang dilakukan di simulasi dapat dilihat parameter Return Loss dan VSWR pada

Gambar 10 dan 11.


Gambar 10. Hasil Simulasi return loss Antena dengan iterasi slits

Gambar 11. Hasil Simulasi VSWR Antena dengan iterasi slits

Hasil simulasi diatas menunjukkan parameter VSWR dan return loss dari beberapa iterasi

patch persegi panjang yang sudah ditambahkan peripheral slits. Dari Gambar 10 dan Gambar 11

terlihat bahwa patch persegi panjang dengan peripheral slits yang sudah dalam keadaan matching

dengan nilai VSWR 1,269 dan return loss -18,56 dB adalah dengan lebar slits 5 mm.


3.4 Analisa Hasil Simulasi

Dari hasil simulasi return loss dan VSWR pada iterasi slit antena dapat dianalisa bahwa

ukuran slit antena sangat menentukan nilai kedua parameter tersebut. Adapun tabel hasil simulasi

pada iterasi antena sebagai berikut

Tabel 3. Hasil Simulasi Iterasi Lebar Celah Slits

Lebar Celah

Slits

Nilai Return Loss Nilai VSWR

4 mm -12,32 dB 1,868

5 mm -18,56 dB 1,269

6 mm -10,44 dB 1,892

Nilai yang tertera pada tabel 3 diatas menunjukkan bahwa lebar slit 5 mm menghasilkan nilai

return loss dan VSWR yang lebih baik disbanding dengan lebar slit 4 mm dan 6 mm. Untuk itu maka

antena yang dirancang menggunakan lebar celah slit 5 mm dengan nilai return loss -18,56 dB dan

VSWR 1,269.

Selain hasil simulasi diatas, ukuran enclosure dan patch antena mengalami perubahan yang

sangat siginifikan dari perancangan awal maupun perancangan dengan menggunkan stub. Hal ini

dapat dilihat dari tabel 4 berikut.


Tabel 4. Ukuran Enclosure dan Patch Antena

Jenis Desain Ukuran Enclosure (mm) Ukuran Patch (mm)

Desain Antena Awal 170 x 170 157 x 123

Desain Antena Dengan Stub 170 x 170 157 x 122

Desain Antena dengan Peripheral

Slits

120 x 90 81,75 mm

Dimensi antena dengan teknik peripheral slits ini tereduksi hingga 62,6% sehingga

mendapatkan dimensi akhir yang optimal yaitu dengan ukuran enclosure sebesar ( 120 x 90 ) mm dan

ukuran patch antena sebesar ( 81 x 75 ) mm

4 KESIMPULAN

Dari hasil dan analisa pembahasan yang telah dilakukan dalam penelitian ini, diperoleh kesimpulan

sebagai berikut:

1. Dari hasil simulasi didapatkan bahwa antena yang dirancang dapat bekerja dengan baik pada

frekuensi kerja TV Digital (586 MHz) dilihat dari nilai return loss -18,56 dB dan VSWR

1,269 dengan menggunakan celah slit 5 mm

2. Teknik peripheral slits berhasil diterapkan untuk memperkecil ukuran enclosure dan patch

pada antena mikrostrip. Hal ini dapat dilihat bahwa Dimensi antena dengan teknik peripheral

slits ini tereduksi hingga 62,6% sehingga mendapatkan dimensi akhir yang optimal yaitu

dengan ukuran enclosure sebesar ( 120 x 90 ) mm dan ukuran patch antena sebesar ( 81 x 75 )

mm

5 REFERENSI

[1] Seminar Kementrian Komunikasi Dan Informatika Direktorat Jenderal Penyelenggaraan Pos

Dan Informatika. “Indonesia Goes Digital Komunikasi Informasi”, Jakarta: Kominfo,hlm. 1-15,

2012.

[2] Peraturan Menkominfo No. 23/PER/M.KOMINFO/11/2011 tentang Standar Penyiaran Televisi

Digital Terestrial Penerimaan Tetap Tidak Berbayar (Free-To-Air). hlm. 1-3.

[3] Peraturan Menkominfo No. 23/PER/M.KOMINFO/11/2011 tentang Rencana Induk (Masterplan)

Frekuensi Radio Untuk Keperluan Televisi Siaran Digital Terestrial Pada Pita Frekuensi Radio

478 – 694 MHz. hlm. 1-10.

[4] Mudrik Alaydrus. “Antena Prinsip & Aplikasi”. Graha ilmu, Yogyakarta, 2011.

[5] Henry Candra, “Desain Antena Kubikal 600 MHz Sebagai Antena Penerima Siaran Televisi

Indoor/Outdoor”. Penelitian Kemitraan YPPTI. Universitas Trisakti. Jakarta, 2013

[6] Indra Surjati. “Antena Mikrostrip: Konsep dan Aplikasinya”. Universitas Trisakti, 2010.

[7] Indra Surjati et al, “Antena Peripheral Slits Berbentuk Cincin Persegi Dengan Pencatuan

Electromagnetic Coupled”, Seminar Nasional Microwave, Antena dan Propagasi (SMAP) 2013,

Departeman Teknik Elektro FT Universitas Indonesia, Oktober 2013


SISTEM KONTROL AUTOMATIC TRANSFER SWITCH BERBASIS

ARDUINO UNO

Badaruddin1, Ferdiansyah Yulianto

2

12

Universitas Mercu Buana, Jakarta


Abstrak

Automatic Transfer Switch (ATS) adalah suatu piranti listrik yang berfungsi untuk mengatur proses pemindahan

sumber listrik dari sumber listrik yang satu (utama) ke sumber listrik yang lain (cadangan) secara bergantian

yang sesuai dengan perintah program. Dengan menggunakan piranti ini, maka tidak diperlukan lagi

menggunakan saklar Change Over Switch (COS) yang dilakukan secara manual dalam proses pengalihan antara

sumber listrik utama ke sumber listrik cadangan. Dalam proyek akhir ini dibuat suatu desain sistem ATS yang

dapat melakukan proses pengalihan perpindahan dua sumber listrik yang aman dan efektif secara sekuensial

sesuai dengan proses kerja yang akan dikendalikan oleh controller. Pada sistem ini menggunakan

mikrokontroler Arduino uno sebagai perangkat utama kendali sistem. Arduino uno memperoleh informasi dari

hasil pembacaan sensor tegangan yang terhubung dengan sumber PLN dan menampilkan data di LCD. Stelah

dilakukannya proses pengujian, sistem kontrol dan pengaman terhadap gangguan tegangan khususnya yang

dibuat pada penelitian ini. Ketika terjadinya gangguan tegangan kurang atau lebih, sesuai dengan batas yang

telah ditentukan maka PLN secara otomatis akan interlock dengan Genset.

Kata Kunci: ATS, Sensor Tegangan , Arduino, Uno, LCD

Abstract

Automatic Transfer Switch (ATS) is an electrical device that serves to regulate the process of transfer of power

source from a power source of the (main) power source to another (backup) alternately in accordance with the

command program. By using this tool, it is no longer necessary to use a switch Change Over Switch (COS) is

done manually in the process between the main power source to the backup power source.

In this final project created an ATS system design that can make the process of transfer of the two power

sources are safe and effective sequentially according to the work processes will be controlled by the controller.

In this system uses an Arduino Uno microcontroller as the main device control system. Arduino uno obtain

information from the sensor readings voltage source connected to the PLN and display data on the LCD.

Following the testing process, control and safety systems against voltage disturbances especially those made in

this study. When the breakdown voltage or less, in accordance with a predetermined threshold then PLN will

automaticallyinterlockwithGenset.

Keyword : ATS, Voltage sensors, Arduino, Uno, LCD.

1 PENDAHULUAN

Seiring dengan laju perkembangan zaman dan teknologi, Sistem pengontrolan merupakan

bagian terpenting dalam dunia industri dan kondominium (gedung bertingkat) saat ini, maka bagi

manusia sekarang ini suatu pengontrolan yang bersifat otomasi merupakan sarana penunjang yang



layak menjadi keharusan. Salah satunya masalah yang menyangkut listrik, karena listrik merupakan

salah satu unsur yang menjadi penopang kemajuan peradaban suatu bangsa.

Sebagai catu daya utama PLN sangat berpengaruh terhadap penyediaan energi listrik bagi

layanan publik baik itu daya besar maupun daya kecil. Hal ini menuntut PLN agar suplai listrik

dilakukan kontinyu tanpa mengalami pemadaman listrik. Akan tetapi suplai daya utama yang berasal

dari PLN tidak selamanya kontinyu dalam penyalurannya. Suatu saat pasti terjadi pemadaman total

yang disebabkan oleh gangguan pada sistem pembangkit, atau gangguan pada sistem transmisi dan

sistem distribusi. Sedangkan suplai energi listrik sangat diperlukan pada pusat perdagangan,

perhotelan, perbankan, rumah sakit maupun industri dalam menjalankan produksinya. Sehingga jika

PLN padam, maka suplai energi listrik pun berhenti dan akibatnya seluruh aktifitas produksi pun

berhenti. Berdasarkan hal tersebut maka diperlukan sistem control yang dapat bekerja secara otomatis

untuk menjalankan generator set (genset) saat terjadi pemadaman dari PLN.

Pada prosesnya otomatisasi mampu dilakukan apabila didukung kemajuan dibidang lainnya,

dimana kemajuan teknologi mampu menciptakan berbagai peralatan elektronik, yang merupakan alat

bantu dari pengontrolan tersebut. Automatic Transfer Switch merupakan alat yang berfungsi untuk

memindahkan koneksi antara sumber tegangan listrik satu dengan sumber tegangan listrik lainnya

secara automatis. Berdasarkan uraian di atas maka dalam Penelitian ini akan dirancang “Sistem

Kontrol Automatic Transfer Switch Berbasis Arduino”.

2 LANDASAN TEORI

2.1 Peralatan Pengaman

Tujuan tindakan pengamanan pada instalasi listrik adalah untuk melindungi manusia atau

peralatan yang tersambung dengan instalasi itu jika terjadi arus gangguan akibat dari keadaan yang

tidak normal. Untuk itu perlu dipakai pengaman seperti sekering, dll.

2.1.1 Fuse

Pelebur atau fuse adalah suatu komponen yang digunakan untuk pengaman rangkaian kontrol

dan rangkaian instrumen. Pelebur terdiri dari sehelai serabut tembaga atau perak dan pasir silika yang

berfungsi sebagai peredam busur api ketika serabut tembaga putus akibat ada gangguan hubung

singkat. Pelebur selalu dipasang pada tiap rangkaian kontrol dan rangkaian instrumen. Ini bertujuan

untuk menjaga agar komponen pada setiap rangkaian aman dari kerusakan akibat hubung singkat

Gambar 1 Pelebur atau Fuse


2.1.2 Sensor Tegangan

Sensor tegangan berupa sebuah fuse, 2 buah resistor 100kΩ dan dioda bridge . Keluaran dari

sensor ini berupa tegangan berbentuk gelombang sinusoidal.

R1

100k

R2

100k

BR1

B80C1000

37%

RV1

10k

C11000uF

Fasa

Netral

V out

FU1

1A

FU2

1A

Gambar 2 Skematik Sensor Tegangan

Kalibrasi tegangan dilakukan dengan menempatkan resistor variable 10k sehingga tegangan

yang dihasilkan dapat diatur, pada ujung rangkaian dipasang sebuah filter kapasitor untuk

menghasilkan tegangan DC murni yang kompatibel terhadap tegangan yang dibutuhkan oleh ADC.

2.2 Peralatan Kontrol

2.2.1 Relay

Relay adalah suatu alat yang digunakan dalam suatu rangkaian control untuk melengkapi

system pengontrolan yang otomatis. Relay berfungsi untuk memonitor besaran-besaran ukuran sesuai

dengan batas-batas yang dikehendaki. Relay bekerja pada tegangan dan arus yang kecil jadi berbeda

dengan kontaktor.

(a)

(b)

Gambar 3 Relay kontrol, (a) relay+soket, (b) layout relay

2.2.2 Dioda

Dioda merupakan komponen elektronik yang terbuat dari bahan semikonduktor. Dioda terdiri

atas sambungan p (positif, sering disebut Anoda) dan n (negative, sering disebut Katoda). Di antara

sambungan tersebut terdapat lapisan kosong yang memisahkan antara sambungan p dan sambungan n.

Lapisan itulah yang sering disebut dengan lapisan deplesi. Lapisan deplesi bertujuan menjaga agar

tetap terjadi keseimbangan electron.

Gambar 4 Lambang Dioda


Dioda dapat bekerja bila mendapatkan tegangan lebih dari atau sama dengan 0,7V. Teganagan

ini sering disebut dengan tegangan knee, bisa dilihat pada Gambar 5 . Dioda dikatakan bekerja bila

diberi tegangan forward bias.

Gambar 5 Tegangan Knee pada Dioda

2.2.3 Arduino Uno

Uno Arduino adalah board berbasis mikrokontroler pada ATmega328. Board ini memiliki 14

digital input / output pin (dimana 6 pin dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, 16

MHz osilator kristal, koneksi USB, jack listrik tombol reset. Pin-pin ini berisi semua yang diperlukan

untuk mendukung mikrokontroler, hanya terhubung ke komputer dengan kabel USB atau sumber

tegangan bisa didapat dari adaptor AC-DC atau baterai untuk menggunakannya.

Gambar 6 Board Arduino Uno

2.2.4 LCD (Liquid Crystal Display)

Display LCD sebuah liquid crystal atau perangkat elektronik yang dapat digunakan untuk

menampilkan angka atau teks. Ada dua jenis utama layar LCD yang dapat menampilkan numerik

(digunakan dalam jam tangan, kalkulator dll) dan menampilkan teks alfanumerik (sering digunakan

pada mesin foto kopi dan telepon genggam).

Gambar 7 LCD 16x2 Character

2.2.5 Resistor

Resistor adalah komponen dasar elektronika yang digunakan untuk membatasi jumlah arus

yang mengalir dalam satu rangkaian. Sesuai dengan namanya resistor bersifat resistif dan umumnya

terbuat dari bahan karbon. Dari hukum Ohms diketahui, resistansi berbanding terbalik dengan jumlah

arus yang mengalir melaluinya. Satuan resistansi dari suatu resistor disebut Ohm atau dilambangkan

dengan simbol Ω (Omega).


2.2.6 Kapasitor

Kapasitor berfungsi sebagai filter noise untuk sinyal Alternating Current(AC) atau penyaring

frekuensi. Kapasitor disebut juga kondensator. Kondensator yaitu kemampuan alat untuk menyimpan

suatu muatan listrik.

2.2.7 Trimpot (Trimmer Potensio)

Resistor yang nilai resistansinya dapat diubah-ubah dengan cara memutar porosnya dengan

menggunakan obeng. Untuk mengetahui nilai hambatan dari suatu trimpot dapat dilihat dari angka

yang tercantum pada badan trimpot tersebut. Perubahan nilai resistansi tersebut juga dibagi menjadi 2,

yaitu linier dan logaritmatik.

2.2.8 Modul Relay

Relay modul switch yang di opersikan secara elektrik memungkinkan untuk mengaktifkan

atau me-non aktifkan rangkaian menggunakan tegangan dan atau arus yang lebih tinggi dari pada

yang di-handle mikrokontroller. Jadi tidak ada hubungannya antara rangkaian tegangan rendah yang

di operasikan mikrokonroler dengan rangkaian daya tinggi. Sedangkan relay melindungi rangkaian

satu dengan rangkaian lainnya.

Setiap Channel dalam modul memiliki tiga koneksi, yaitu NC (Normally Closed), COM

(Common) dan NO (Normally Open). Tergantung pada pemicu sinyal input. Tutup jumper dapat di

pindahkan pada high mode atau low mode.

2.3 Transformator

Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik

dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gandengan magnet

dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik.

Gambar 8 Transformasi Energi

2.3.1 Prinsip Kerja Transformator

Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah berdasarkan pada teori Michael Faraday, yang

dikenal dengan teori induksi magnet. Transformator memiliki dua gulungan kawat yang terpisah satu

sama lain dan dibelitkan pada inti yang sama. Ketika kumparan primer dihubungkan dengan sumber

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

berubah. Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti besi ke

kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi. Efek ini

dinamakan induktansi timbal-balik (mutual inductance).

Gambar 9 Rangkaian Equivalen Transformator Ideal


2.3.2 Jenis Transformator

2.3.2.1 Transformator step-up

Gambar 10 Transformator Step-Up

Gambar 10 menunjukkan rangkaian ekuivalen transformator step-up. Transformator step-up

adalah transformator yang memiliki lilitan sekunder lebih banyak dari pada lilitan primer, sehingga

berfungsi sebagai penaik tegangan. Transformator ini biasa ditemui pada pembangkit tenaga listrik

sebagai penaik tegangan yang dihasilkan generator menjadi tegangan tinggi yang digunakan dalam

transmisi jarak jauh.

2.3.2.2 Transformator down-up

Gambar 11 Transformator Step-Down

Gambar 11 menunjukkan rangkaian ekuivalen transformator step-down. Transformator step-

down memiliki lilitan sekunder lebih sedikit daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai

penurun tegangan. Transformator jenis ini sangat mudah ditemui, terutama dalam adaptor AC-DC.

3 PERANCANGAN ALAT

Pada Gambar 12 diperlihatkan proses perancangan alat yang akan dibuat, dimana pada proses

pembuatan alat ini, memiliki beberapa tahapan dalam proses perancangannya.

Gambar 12 Blok Diagram Perancangan Alat

3.1 Perancangan Catu Daya

Catu daya yang digunakan adalah trafo step down yang berfungsi menurunkan tegangan 220

volt dari PLN menjadi 12 volt. Arus yang dihasilkan trafo masih berupa AC (bolak- balik) akan

diubah menjadi DC (searah) oleh rangkaian penyearah yang berupa satu buah dioda dan difilter oleh

kapasitor. LM7805 digunakan untuk menstabilkan tegangan agar menjadi 5 volt yang digunakan

untuk catu daya pada rangkaian ADC dan sensor. Untuk gambar rangkaian bisa lihat dibawah ini.


TR1

TRAN-2P2S

1A

10A02

D201

10A02

D203

10A02

D202

10A02

D204

2200u

C201

V-OUT DC +

VI

1V

O3

GND2

U?7805

Gambar 13 Rangkaian Skematik Catu Daya

3.2 Perancangan Sensor Tegangan

Sensor tegangan disini digunakan untuk mendeteksi hilangannya tegangan disalah satu fasa,

yang nantinya akan memberikan sinyal pada arduino untuk melakukan perintah mematikan PLN dan

melakukan transfer switch ke Genset. Tegangan AC yang melalui resistor 100kΩ disearahkan dengan

menggunakan dioda jembatan, tegangan keluaran dioda kemudian dibagi dengan menggunakan

rangkaian pembagi tegangan yang memiliki nilai hambatan kecil dan toleransi sebesar 1%, sehingga

nilai yang didapat memiliki eror yang kecil.

R1

100k

R2

100k

BR1

B80C1000

37%

RV1

10k

C11000uF

Fasa

Netral

V out

FU1

1A

FU2

1A

Gambar 14 Rangkaian Skematik Sensor Tegangan

3.3 Perancangan LCD (Liquid Crystal Display)

Pada rangkaian LCD berfungsi untuk menampilkan data PLN ON, Genset ON, Drop tegangan

dan High tegangan. Pin LCD nomor 1,2,dan 3 adalah pin VSS/GND, VCC, dan VEE/VO. VEE

berfungsi untuk mengatur kecerahan tampilan karakter LCD. Untuk mengaturnya, digunakan

potensio 10k yang dapat diputar-putar untuk mendapatkan kecerahan tampilan yang diinginkan. Pin

LCD nomor 4(RS) adalah pin Register Selector yang berfungsi untuk memilih Register Kontrol atau

Register Data. Register Kontrol digunakan untuk mengkonfigurasi LCD. Register Data digunakan

untuk menulis data karakter ke memori display LCD. Pin nomor 5(R/W) digunakan untuk memilih

aliran data apakah READ ataukah WRITE. Karena kita tidak memerlukan fungsi untuk membaca data

dari LCD dan hanya perlu menulis data saja ke LCD, maka pin ini dihubungkan ke GND(WRITE).

Pin LCD nomor 6(ENABLE) digunakan unutk mengaktifkan LCD pada proses penulisan data ke

Register Kontrol dan Register Data LCD. Pin 7 – 14 adalah delapan jalur data/ data bus (D0 sampai

D7) dimana data dapat ditransfer ked an dari display. Pin 16 dihubungkan kedalam tegangan 5 volt

untuk memberi tegangan dan menghidupkan lampu latar/ back light LCD.

DIGITAL (~PWM)

ANALOG IN

ATMEGA328P-PU1121

~ ~~ ~ ~ ~

TX RXPD

0/RX

D0

PD1/

TXD

1PD

2/IN

T02

PD3/

INT1

3PD

4/T0

/XCK

4PD

5/T1

5PD

6/AI

N06

PD7/

AIN1

7

PB0/

ICP1

/CLK

O8

PB1/

OC1A

9PB

2/SS

/OC1

B10

PB3/

MOS

I/OC2

A11

PB4/

MIS

O12

PB5/

SCK

13

AREF

PC5/

ADC5

/SCL

A5PC

4/AD

C4/S

DAA4

PC3/

ADC3

A3PC

2/AD

C2A2

PC1/

ADC1

A1PC

0/AD

C0A0

RESE

T

ARD1ARDUINO UNO R3

D714

D613

D512

D411

D310

D29

D18

D07

E6

RW5

RS4

VSS

1

VDD

2

VEE

3

LCD1LM016L

RV1(2)

50%

RV1

1k

LCD1(VDD)

Gambar 15 Rangkaian Skematik LCD

3.4 Perancangan Rangkaian Arduino Dengan Sensor

Setelah merangkai rangkaian sensor tegangan, pada sub bab akan dibahas rangkaian yang

terhubung dengan Arduino. Pin input yang digunakan adalah A0 yang mana merupakan analog input.

Pin A0 ini terhubung dengan sensor tegangan. Pin input lainnya yang mana merupakan digital adalah


pin 10. Pin 10 terhubung dengan tombol. Adapun untuk pin outnya yaitu 2,3,4,5,6,7, 8,9,11. Pin

2,3,4,5,6,7 terhubung dengan LCD, pin 8 ,9 ini terhubung pada relay, pin 11 terhubung dengan

indicator LED. Untuk rangkaiannya dapat dilihat pada gambar 16.

DIGITAL (~PWM)

ANALOG IN

ATMEGA328P-PU1121

~~

~

~~

~

TX

RX

PD

0/R

XD

0P

D1

/TX

D1

PD

2/IN

T0

2P

D3

/INT

13

PD

4/T

0/X

CK

4P

D5

/T1

5P

D6

/AIN

06

PD

7/A

IN1

7

PB

0/IC

P1

/CL

KO

8P

B1

/OC

1A9

PB

2/S

S/O

C1

B10

PB

3/M

OS

I/OC

2A

11P

B4

/MIS

O12

PB

5/S

CK

13

AR

EF

PC

5/A

DC

5/S

CL

A5

PC

4/A

DC

4/S

DA

A4

PC

3/A

DC

3A

3P

C2

/AD

C2

A2

PC

1/A

DC

1A

1P

C0

/AD

C0

A0

RE

SE

T

ARD1ARDUINO UNO R3

D7

14D

613

D5

12D

411

D3

10D

29

D1

8D

07

E6

RW

5R

S4

VS

S1

VD

D2

VE

E3

LCD1LM016L

RV2(2)

R1

100k

R2

100k

BR1

B80C1000

24%

RV1

5k

C11000uF

Netral

+88.8

Volts

RL1PLN

RL2GENSET

D1LED-PLN

D2LED-GENSET

R3220

R4220

RL1(NO1)

RL2(NO1)

RL3G2R-2S-AC220

Fasa

Netral

(1)

D3LED-Gangguan

R5220

R6

10k

R7

10k

From Genset

50%

RV2

1k

Gambar 16 Rangkaian Skematik Automatic Transfer Switch

3.5 Perancangan Perangkat Lunak

Perancangan program dan software dibagi menjadi 2 bagian yaitu software untuk rangkaian

pengolah data sensor tegangan dan rangkain kontroler. Untuk memudahkan dalam pembuatan alur

program penulis membuat flowchart sebagai perencaan awal. Flowchart yang dibuat sesuai dari

keseluruhan perancangan program

3.5.1 Flowchart Perancangan Software

Gambar 17 Flowchart Perancangan Software

4 ANALISA DAN PENGUJIAN ALAT

4.1 Pengujian Sensor Tegangan

Dalam pengujian sensor tegangan ini menggunakan resistor 100kΩ sebagai penurun tegangan.

Karateristik dari resistor 100kΩ adalah jika tegangan masukan menurun maka tegangan keluaran dari

resistor 100 kΩ juga akan menurun sesuai dengan perbandingan tersebut.


R1

100k

R2

100k

BR1

B80C1000

20%

RV1

5k

C11000uF

Netral

FU1

1A

FU2

1A

Volts

+1.71AC Volts

+180

AC Volts

+9.63

FASA

Gambar 18 Pengujian Sensor Tegangan

Dalam pengujian sensor tegangan ini dilengkapi dengan volt meter. Tegangan yang terukur

pada listrik AC dengan tegangan keluaran pada resistor variabel. Pada tabel 1 dan 2 di bawah ini

merupakan hasil pengujian sensor tegangan. Pengujian ini dilakukan dengan cara pengukuran pada

tegangan keluaran resistor 100kΩ dan tegangan keluaran pembagi tegangan.

Tabel 1 Hasil Pengujian Sensor Tegangan

Tabel 2 Hasil Sensor Tegangan Pembagi Tegangan

V in PLN

(Volt)

V out (Pembagi Tegangan)

Sensor Tegangan(Volt)

V ac

R-N

V dc

R-N

9.63 2.49

10.1 2.77

10.6 2.92

11.1 3.06

11.6 3.22

12.4 3.49

Berdasarkan tabel pengujian diatas disimpulkan bahwa sensor Tegangan dapat berfungsi

dengan baik.

V in PLN

(Volt)

V out (Pembagi Tegangan)

Sensor Tegangan(Volt)

V ac

R-N

V dc

R-N

180 9.63

190 10.1

200 10.6

210 11.1

220 11.6

237 12.4


4.2 Pengujian Gangguan Tegangan Hilang

Pada pengujian hilangnya tegangan PLN, tegangan pada relay PLN dihilangkan dan diukur

menggunakan voltmeter. Sehingga tegangan akan terbaca 0 pada voltmeter, kemudian led gangguan

tegangan akan hidup dan sistem ATS akan mengirimkan sinyal ke sistem AMF. Berikut adalah tabel

data dari pengujian gangguan tegangan hilang.

Tabel 3 Pengujian Gangguan Tegangan Hilang

No

Kondisi hilang

tegangan dalam

pengujian

Posisi

saklar

(from

genset)

Kondisi yang

akan terjadi

pada LED

gangguan

tegangan

Respon

sistem

1. PLN OFF OFF Hidup Genset mati

2. PLN OFF ON Mati Genset

hidup

Pada pengujian sistem hilang tegangan ini, sesuai dengan sistem kerja ATS yakni ketika

tegangan hilang pada PLN maka sistem pada ATS akan mematikan incoming dari PLN dan

memberikan sinyal kepada sistem AMF untuk memerintahkan Genset start. Setelah genset running,

sistem AMF akan memberikan sinyal kepada sistem ATS untuk menghidupkan sisi incoming Genset.

5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Setelah dilakukan proses perencanaan, pembuatan dan pengujian alat serta dari data yang

didapat dari perencanaan dan pembuatan sistem kontrol ATS yang ditampilkan pada LCD 16x2 ini,

maka dapat diambil kesimpulan.

1. Masukan data untuk ATS berupa nilai tegangan sumber listrik PLN yang dideteksi oleh

sensor tegangan.

2. Dari pengujian sistem pengaman gangguan tegangan kurang yang dilakukan dengan

memberikan tegangan kurang pada salah satu phasanya 180 volt maka didapatkan tegangan

kurang sehingga koil relay PLN padam. Sedangkan pada saat pengujian dengan tegangan

lebih pada salah satu phasanya 237 volt maka didapatkan tegangan lebih sehingga koil relay

PLN padam sedangkan padan phasa yang normal, VRN = 220 V, didapatkan koil relay PLN

tidak padam karena tidak mengurangi atau melebihkan dari setting poin yang ditentukan.

3. Dari pengujian sistem ATS, ketika terjadi hilang phasa pada sisi PLN maka dengan secara

otomatis Genset akan membackup beban, dan sebaliknya jika PLN kembali maka PLN akan

membackup beban dan Genset akan mati dengan sendirinya.


5.2 Saran

Pembuatan alat masih terasa adanya beberapa kekurangan-kekurangan dalam hal perancangan

dan pembutan alat, sehingga tidak menuntut kemungkinan adanya pengembangan-pengembangan

yang dilakukan pada penelitian selanjutnya yang ingin merancang dan membuat sebuah alat ini,

berikut beberapa saran dari penulis yang dapat dijadikan pertimbangan diantaranya :

1. Alat ini hanya mendeteksi drop tegangan, high tegangan dan PLN padam. Sebaiknya

ditambahkan sensor arus untuk lebih aman.

2. Sebaiknya hasil pengukuran sensor tegangan ditampilkan di LCD 16x2 agar dapat

mengetahui berapa tegangan yang dihasilkan.

3. Untuk penelitian selanjutnya apabila ingin mengembangkan simulasi tentang perancangan

rangkaian ini lebih jauh dan lebih detil.

6 DAFTAR PUSTAKA

[1] Dinata, Yuwono Marta. 2015. Arduino Itu Mudah. PT Elex Media Komputindo, Jakarta

[2] From http://elib.unikom.ac.id/files/disk1/528/jbptunikompp-gdl-andriyanan-26373-4-unikom_a-i.pdf

[3] Istiyanto, Jazi Eko. 2014 . Pengantar Elektronika dan Instrumentasi Pendekatan Project Arduino dan

Android. CV Andi Offset,Yogyakarta

[4] Bejo, A . 2008. C & AVR Rahasia Kemudahan Bahasa C dan Mikrokontroler ATMEGA8535. Graha

Ilmu,Yogyakarta.

[5] Prastio, Rizki Putra, 2013.Membaca Tegangan Analog dengan Arduino, From

http://rpprastio.wordpress.com/2013/02/09/membaca-tegangan-analog- dengan-arduino

http://elib.unikom.ac.id/files/disk1/528/jbptunikompp-gdl-andriyanan-26373-4-unikom_a-i.pdf


STUDI PENGARUH PEMBEBANAN LEBIH

TERHADAP SUSUT UMUR TRANSFORMATOR

Nanda Fatriansyah1, Doni Witcaksono

2

1 2

Universitas 17 Agustus 1945


Abstrak

Transformator tenaga dapat dikatakan sebagai jantung dari transmisi dan distribusi. Dalam kondisi ini suatu

transformator diharapkan dapat beroperasi secara maksimal. Transformator Tenaga didesain dengan suhu sekitar

20o C tetapi beroperasi pada suhu lingkungan 32

o C di Indonesia, maka transformator disesuaikan dengan pola

pembebanan dan suhu sekitar. Semakin tinggi suhu sekitar dan faktor pembebanan transformator, semakin besar

susut umur dari transformator tenaga. Susut umur transformator dipengaruhi oleh isolasi belitan dan minyak

transformator. Pemanasan pada belitan transformator dapat mengkibatkan isolasi menjadi rusak dan kenaikan

suhu minyak akan mengubah sifat serta komposisi minyak transformator. Tujuan dari skripsi untuk melihat

pengaruh pembebanan lebih dan pengaruh suhu lingkungan terhadap susut umur tranformator akan dibahas pada

tugas akhir ini, dengan mengacu pada pada standar SPLN 17A 1979 atau IEC 354 tahun 1972. Sistem pendingin

transformator OFAF (Oil Forced Air Forced) lebih efektif dari sistem pendingin ONAN (Oil Natural Air

Natural) hal ini dibuktikan dengan susut umur transformator pada bulan Mei 2014 sebesar 96,80291% untuk

sistem pendinginan ONAN dan 4,012002% untuk sistem pendingin OFAF dan menghasilkan nilai perkiraan

umur sekitar 31,15 tahun. Sedangkan untuk pola pembebanan optimum diperoleh pola pembebanan dengan

memberikan nilai power faktor pada generator 0,8 atau dengan daya generator sebesar 100 MW dan 75 MVAR

untuk mendapatkan susut umur transformator L 100 %.

Kata kunci : transformator, suhu lingkungan, susut umur.

Abstract

Power transformer can be said as heart of transmission and distribution. In this condition, a transformer is

expected to be able to operate maximal. Power transformer is designed at 20°C but in Indonesia is 32°C as

ambient emperature. That’s why transformer can be set baseed on load and ambient temperature. The higher

temperature and load factor of transformer, the life time will decreased. Life time can be effected by winding

can cause isolation break and increasing of oil heat is going to change character and composition of oil.

Purposed of this scription is to know the impact of overload and ambient temperature for the life time of

transformer based on SPLN 17A 1979 or IEC 354 1972. Transformer cooling system OFAF (Oil Forced Air

Forced) is more effective than ONAN (Oil Natural Air Natural) that is proved on May 2014 which is 96,80291%

for ONAN and 4,012002% for OFAF and the life time can be until 31,15 years. For optimum load is gotten load

pattern which give generator cos θ is 0,8 or the power of generator is 100 MW and & 75 MVAR to get the life

time of transformer L is 100%.

Key word : transformer, life time, ambient temperature.

1 PENDAHULUAN

Di dalam suatu sistem tenaga listrik, daya dari suatu pembangkit tenaga listrik disalurkan melalui

saluran transmisi tegangan tinggi dan pada akhirnya didistribusikan menuju para konsumen, suatu

peralatan yang memegang peranan yang sangat penting dalam kelancaran sistem tersebut adalah



transformator. Transformator berfungsi untuk menaikkan tegangan yang dihasilkan oleh pembangkit

dan tegangan akan diturunkan, untuk selanjutnya didistribusikan ke pelanggan.

Transformator sebagai penaik dan penurun tegangan yang terjadi diantara pembangkit, saluran

transmisi dan sumber beban. Beberapa faktor terjadinya berkurangnya umur atau kerusakan

transformator pada isolasinya karena pengaruh thermal adalah suhu sekitar (ambient temperature),

suhu minyak transformator dan pola pembebanan terhadap transformator[3]

.

Secara umum tujuan penulisan pada skripsi ini untuk mengetahui susut umur transformator

berdasarkan analisa dari data pada pola operasi terhadap seberapa besar pengaruh pembebanan yang

diberikan transformator dan pengaruh suhu udara sekitar yang terjadi pada lingkungan.

Batasan masalah yang digunakan dalam penyusunan studi tentang pengaruh pembebanan

sistem terhadap susut umur transformator antara lain menganalisis susut umur transformator terhadap

pengaruh suhu sekitar (ambient temperature) dan perubahan pembebanan pada transformator

berpendingin minyak dengan sistem ONAN/OFAF. Dengan menganalisa usut umur dilihat dari isolasi

kumparan transformator sesuai dengan standar SPLN 17A 1979 atau IEC Publication 354 1972.

Penelitian dilakukan pada transformator merk SIEMENS tipe pasangan luar GTG 1.3 PLTGU Muara

Karang dengan spesifikasi 11.5kV/150kV, dengan kapasitas 105/140MVA.

2 METODOLOGI PENELITIAN

Penelitian ini dilakukan di PT. Pembangkitan Jawa Bali Unit Pembangkit Muara Karang PLTG

#1.3. Waktu penelitian dilaksanakan pada awal bulan 1 Mei 2014 dan di akhiri pada akhir bulan 31

Mei 2014. Agar mempermudah pembahasan dan pengambilan data serta dapat dilakukan secara tepat

dan terarah maka dibuat diagram alur seperti diatas. Berikut disampaikan dari setiap kegiatan yang

dilakukan metode mengidetifikasi masalah, proses pengambilan data, metodologi analisa, perumusan

masalah, penyebab kegagalan operasional, pemantauan uji lapangan, analisa data, kesimpulan dan

saran.

Gambar 2.1 Diagram Alur Penelitian


2.1 Kondisi Untuk Beban Stabil

2.1.1 Kenaikan Suhu Top Oil

Kenaikan suhu ini sama dengan kenaikan suhu top oil pada nilai daya yang dikalikan ratio

dari total kerugian dengan eksponen x

(2.1)

dengan:

= Kenaikan Suhu Top Oil Beban stabil

(2.2)

K = Faktor Pembebanan

(2.3)

x = Konstanta,

x = 0,9 (ONAN dan ONAF)

x = 1,0 (OFAF dan OFWF)

= Suhu untuk = 55o C untuk ON dan 40

o C untuk OF

Nilai d secara relatif tidak begitu digunakan pada beban tinggi, nilai d hanya memberikan

secara garis besar tinggi atau rendahnya kenaikan suhu.

2.1.2 Kenaikan Suhu Hot Spot

Kenaikan suhu hot spot ( ) unntuk beban yang stabil dapat dihitung dengan persamaan

sebagai berikut.

(2.4)

Dengan:

= Kenaikan Suhu Hot Spot o C

= Kenaikan Suhu Top Oil o C

= Kenaikan Suhu Hot Spot Rated, 78o C

= Suhu untuk = 55o C untuk ON dan 40

o C untuk OF


y = Konstanta,

y = 0,8 (ONAN dan ONAF)

y = 0,9 (OFAF dan OFWF)

2.2 Kondisi Beban Tidak Stabil (Berubah-ubah)

2.2.1 Kenaikan Suhu Top Oil Kenaikan suhu top oil ( ) pada waktu h setelah pemberian beban adalah sangat mendekati

untuk kenaikan eksponensial sebagai berikut:

(2.5)

Dengan:

= Kenaikan Suhu Top Oil beban tidak stabil

= Kenaikan Suhu Awal minyak



h = Lamanya pemberian beban / kVA, (jam)

τ = Oil-air thermal time constant, dalam jam

τ = 3 (ONAN dan ONAF)

τ = 2 (OFAF dan OFWF)

2.2.2 Kenaikan Suhu Hot Spot

Kenaikan suhu hot spot pada waktu tertentu sebelum kondisi distabilkan adalah mendekati

perkiraan dengan asumsi bahwa kenaikan suhu hot spot di atas adalah kenaikan suhu top oil yang

terbentuk dengan seketika.

Kenaikan suhu hot spot pada waktu tertentu

(2.6)

(2.7)

Dengan:

= Kenaikan Suhu hot spot beban tidak stabil

= Kenaikan Suhu Awal minyak


= Kenaikan Suhu Top Oil Daya Tertentu

Suhu untuk = 55o C untuk ON dan 40

o C untuk OF

= Kenaikan Suhu hot spot Daya Tertentu


y = Konstanta,

y = 0,8 (ONAN dan ONAF)

y = 0,9 (OFAF dan OFWF)

2.3 Perhitungan Susut Umur Transformator

2.3.1 Hukum Deterioration

Umur isolasi dipengaruhi oleh kondisi isolasi seiring dengan panas dan waktu, dijelaskan

dalam hukum arhenius sebagai berikut.

(2.8)

Dengan:

A dan B konstan, (diperoleh dari pengujian beberapa material isolasi yang tersedia)

T = Suhu mutlak dari suhu hot spot

Didalam rentang suhu 80o C - 140

o C, Montsinger memberikan persamaan yang lebih sederhana

(2.9)


Dengan: p adalah konstan dan adalah suhu ( oC).

Sebagian ahli transformator tidak selalu berpendapat sama tentang umur transformator yang

ditentukan pada suhu tertentu, tetapi para ahli berpendapat sama bahwa rentang suhu 80o

C - 140o

C,

penurunan umur transformator menjadi dua kali lipat setiap kenaikan suhu 6o

C. Hal tersebut

merupakan alasan fungsi penuaan relatif diperkenalkan. Umur yang diharapkan dinyatakan dalam

nilai per unit terhadap nilai umur saat kondisi suhu Vn atau cr beban terpasang.

2.3.2 Nilai Relatif Dari Umur Pemakaian

Persamaan Montsinger dapat digunakan untuk memperoleh nilai relatif dari umur pemakaian

pada suhu c, dibanding dengan nilai normal dari umur pemakaian pada suhu cr.

(2.10)

Karena penurunan umur transformator dua kali lipat setiap kenaikan suhu 6o

C pada suhu 80o

C - 140o

C, maka

untuk nilai umur relatif dapat ditulis menggunakan persamaan:

(2.11)

(2.12)

(2.13)

Persamaan di atas bila diubah dalam bentuk log10 akan menjadi:

(2.14)

Untuk nilai suhu digunakan nilai 98o C (IEC 60076-2 standard, 1997). Suhu hot spot

dihasilkan dari perhitungan suhu ambient 20o C dengan kenaikan suhu hot spot pada daya pengenal

(rated power) 78o C, dan 13o C diatas kenaikan suhu rata-rata kumparan pada daya pengenal

(rated power) 65o C. Hal ini dapat dijelaskan pada Diagram Thermal. Waktu t per hari yang masih

diijinkan pada suhu hot spot 98o C. Dari persamaan dapat dihitung nilai c sebagai

berikut:

(2.15)

Karena transformator beroperasi dalam waktu t jam, maka nilai c

(2.16)

Untuk nilai tV sama dengan 24 jam

(2.17)

Persamaan 2.47 memberikan jumlah dari jam per hari operasional pada beberapa nilai yang

diberikan pada suhu hot spot pada daya tertentu cr 98o C, beberapa variasi nilai jam per hari dan suhu

hot spot yang masih dijinkan pada Tabel 2.3.

2.3.3 Pengurangan Umur Transformator[2]

Efek dari akumulasi penuaan (L) dalam selang waktu t tertentu dapat ditentukan berdasarkan

persamaan berikut:

atau (2.18)


Persamaan 2.18 merupakan persamaan nilai rata-rata susut umur transformator selama waktu

t. Sedangkan untuk menghitung pengurangan umur transformator dalam tahun dapat menggunakan

persamaan:

(2.19)

(2.20)

Dimana n merupakan umur transformator dalam tahun, jika mendapat pengurangan susut

umur transformator L.

3 PERHITUNGAN DAN ANALISA

3.1 Pembebanan Stabil Transformator 90% Dari Kapasitas Transformator

Menentukan Rasio Pembebanan (K)

Untuk menghitung rasio pembebanan (K) dapat menggunakan persamaan 2.3.

- Menentukan Perbandingan Rugi-rugi Transformator (d)

Untuk menghitung perbandingan rugi transformator (d) dapat menggunakan persamaan 2.2.

- Menentukan Kenaikan Suhu Top Oil Beban Stabil

Untuk menghitung kenaikan suhu top oil beban stabil dapat menggunakan persamaan 2.1.

- Menentukan Kenaikan Suhu Hot Spot

Untuk menghitung kenaikan suhu hot spot dapat menggunakan persamaan 2.4.

- Menentukan Suhu Hot Spot

Untuk menghitung suhu hot spot dapat menggunakan persamaan , dimana nilai

adalah suhu sekitar atau ambient.

- Menentukan Laju Penuaan Thermal Relatif

Untuk menghitung laju penuaan thermal relatif dapat menggunakan persamaan 2.14.

Karena beban stabil maka besar laju penuaan relatif untuk setiap satu jam adalah sama

- Menghitung Pengurangan Umur Transformator Selama 24 Jam

Untuk menghitung pengurangan umur transformator dapat menggunakan persamaan 2.18.


3.2 Perkiraan Umur Transformator

Untuk menentukan perkiraan umur transformator dapat menggunakan persamaan 2.20.

Transformator PLTGU Muara Karang unit 1.3 merupakan transformator baru dan telah digunakan

sejak bulan April 2013. Sehingga lama tahun transformator yang digunakan adalah 2 tahun.

Sedangkan untuk umur dasar dari transformator PLTGU Muara Karang adalah 30 tahun, berdasakan

informasi Specification Manual transformator. Berikut analisa perhitungan perkiraaan umur

transformator tenaga PLTGU Muara Karang jika mendapat beban 90% dari kapasitas transformator.

Untuk susut umur Transformator Pembebanan 90% atau L = 89,9%.

3.3 Pembebanan Transformator Dengan Beban Tidak Stabil Tanggal 31 Mei 2014

Transformator Tenaga yang digunakan di unit 1.3 PLTGU Muara Karang berdasarkan Data

Specification atau Name Plate memliki kapasitas 105/140 MVA dengan sistem pendinnginan

ONAN/OFAF dan total rugi-rugi transformator sebesar 515 KW terdiri dari rugi-rugi transformator

tanpa beban 85 KW dan rugi-rugi transformator pada daya 140MVA sebesar 430 KW.

Gambar 3.1 Data transformator#1.3 PLTG Muara Karang

- Menentukan Daya Semu (MVA)

Besarnya beban transformator pada tanggal 31 Mei 2014 pukul 14:00 WIB adalah 95MW dan

42 MVAR.

Sehingga untuk menentukan daya semu (MVA) dapat dihitung sebagai berikut:

- Menentukan Rasio Pembebanan (K)

Untuk menghitung rasio pembebanan (K) dapat menggunakan persamaan 2.3.

Untuk sistem pendingin ONAN

Untuk sistem pendingin OFAF

- Menentukan Perbandingan Rugi-rugi Transformator (d)


Rugi-rugi transformator pada beban nol adalah 85 KW dan rugi-rugi untuk daya pengenal 140

MVA sebesar 430 KW

Untuk daya pengenal 140 MVA

Untuk daya pengenal 105 MVA

Sehingga untuk nilai rugi-rugi untuk daya pengenal 105 MVA adalah

Perbandingan rugi-rugi transformator (d) untuk daya pengenal 105 MVA atau d untuk jenis

pendinginan ONAN

Perbandingan rugi-rugi transformator (d) untuk daya pengenal 140 MVA atau d untuk jenis

pendinginan OFAF

- Menentukan Kenaikan Suhu Top Oil Beban Stabil

Untuk menghitung kenaikan suhu top oil beban stabil dapat menggunakan persamaan 2.1.

Kenaikan suhu top oil beban stabil untuk ONAN

Kenaikan suhu top oil beban stabil untuk OFAF

- Menentukan Kenaikan Suhu Top Oil Beban Tidak Stabil


Untuk menghitung kenaikan suhu top oil beban tidak stabil dapat menggunakan persamaan

2.5. Untuk kenaikan suhu awal minyak , menggunakan perhitungan kenaikan suhu top oil beban

stabil pada pukul 13:00 yang telah dihitung pada Tabel 4.3 dan Tabel 4.4, yaitu sebesar 52,52o C

untuk ONAN dan 24,11o C untuk OFAF kenaikan suhu top oil beban tidak stabil untuk ONAN

Kenaikan suhu top oil beban tidak stabil untuk OFAF

Setelah mendapatkan kenaikan suhu top oil, maka dapat dihitung nilai dari suhu top oil

dengan menggunakan persamaan , dimana

nilai merupakan suhu sekitar transformator atau ambient.

Suhu top oil untuk ONAN

Suhu top oil untuk OFAF

- Menentukan Kenaikan Suhu Hot Spot

Untuk menghitung kenaikan suhu hot spot dapat menggunakan persamaan 2.6 menjadi 2.7.

Kenaikan suhu hot spot untuk ONAN

Kenaikan suhu hot spot untuk OFAF

- Menentukan Suhu Hot Spot

Untuk menghitung suhu hot spot dapat menggunakan persamaan

Suhu hot spot untuk ONAN

Suhu hot spot untuk OFAF

- Menentukan Laju Penuaan Thermal Relatif

Untuk menghitung laju penuaan thermal relatif dapat menggunakan persamaan 2.14.


Laju penuaan thermal relatif untuk ONAN

Laju penuaan thermal relatif untuk OFAF

Tabel 3.1 Perhitungan Susut Umur Transformator Tanggal 31 Mei 2014 Sistem Pendingin

ONAN

Jam MW MVAR b

(oC)

a

(oC)

b

(oC)

c V

(oC) (p.u)

13:00 94 38 52,52 31,2 81,98 103,73 1,93759

14:00 95 42 54,22 31,3 84,3 106,9 2,79777

Tabel 3.2 Perhitungan Susut Umur Transformator Tanggal 31 Mei 2014 Sistem Pendingin OFAF

Jam MW MVAR b

(oC)

a b c V

(oC) (

oC) (

oC) (p.u)

13:00 94 38 24,119 31,2 54,569 75,828 0,07718

14:00 95 42 24,987 31,3 55,761 77,965 0,09879

- Menghitung Pengurangan Umur Transformator Selama 24 Jam

Untuk menghitung pengurangan umur transformator dapat menggunakan persamaan 2.18.

Laju penuaan thermal relatif tertinggi di bulan mei dengan beban 95 MW dan 42 MVAR

adalah 2,79777 p.u untuk sistem pendingin ONAN dan 0,9879 p.u untuk OFAF. Sedangkan untuk

menghitung pengurangan umur transformator selama 24 jam dapat dilakukan dengan dengan cara

perhitungan yang sama untuk setiap jam. Perhitungan susut umur transformator selama 24 jam pada

tanggal 31 Mei 2014 mulai pukul 00:00 sampai dengan pukul 24:00 adalah sebagai berikut:

Untuk sistem pendingin ONAN

Untuk sistem pendingin OFAF


3.4 Perhitungan Komulatif Pembebanan Bulan Mei 2014

Dengan analisa perhitungan yang sama dengan sub bab 3.3, maka untuk data pembebanan

bulan Mei tahun 2014 nilai susut transformator dapat dihitung. Bila dihitung dan disajikan dalam tabel

berupa data nilai susut umur transformator selama bulan Mei tahun 2014, memiliki nilai rata-rata

sebesar 96,80291 % untuk sistem pendingin ONAN dan 4,012002 % untuk sistem pendingin OFAF

sedangkan susut umur transformator tertinggi pada tanggal 31 dengan nilai susut umur transformator

sebesar 152,857% pada sistem pendingin ONAN sedangkan pada sistem pendingin OFAF, nilai susut

umur transformator 5,829%.

3.5 Perhitungan Pembebanan Optimum

Transformator yang didesain dengan standar IEC dengan suhu sekitar 20o C tetapi beroperasi

di lingkungan dengan suhu sekitar 32o C maka transformator harus disesuaikan kemampuannya.

Semakin tinggi suhu sekitar, semakin pendek umur operasional dari transformator. Untuk

memperoleh umur transformator sesuai perkiraan maka diperlukan pola pembebanan yang susut

umurnya tidak melebihi 100%. Untuk mendapatkan nilai susut umur transformator L = 100 %

menggunakan persamaan 2.18.

Didapatkan nilai laju penurunan relatif V = 1 p.u, sehingga nilai untuk suhu hot spot dapat

dihitung dengan persamaan 2.14.

Sedangkan untuk mencari kenaikan suhu top oil dan kenaikan suhu hot spot sebagai berikut:

Kenaikan suhu top oil beban stabil menggunakan persamaan 2.1.


Kenaikan suhu hot spot menggunakan persamaan 2.7.

Untuk suhu sekitar atau ambient transformator didapatkan nilai rata-rata 32o C, sehingga

untuk mencari nilai faktor pembebanan K dapat dhitung sebagai berikut:

Persamaan di atas dapat diselesaikan dengan metode Newton Raphson, yaitu sebagai berikut:

Misalkan =1, maka:


Sehingga diperoleh faktor pembebanan K = 0,907367 atau K = 0,91

3.6 Pola Pembebanan Transformator

Berdasarkan perhitungan analisa optimum diperoleh faktor pembebanan sebesar K = 0,91

dengan demikian nilai untuk pembebanan transformator dapat dihitung:

Untuk daya mampu maksimum generator gas turbin 1.3 sebesar 100 MW, sehingga untuk

mencari nilai daya reaktif atau MVAR dan nilai power factor dapat dihitung sebagai berikut:

Sedangkan untuk nilai MVAR dapat dihitung sebagai berikut:

Sehingga untuk nilai MVAR

Dari analisa perhitungan di dapatkan untuk pola pembebanan dengan memberikan nilai power

faktor pada generator 0,8 atau dengan daya generator sebesar 100 MW dan 75 MVAR untuk

mendapatkan susut umur transformator L 100 %.

4 KESIMPULAN

Berdasarkan perhitungan dan analisa yang dilakukan terhadap pola pembebanan

transformator PLTGU Muara karang didapatkan beberapa kesimpulan sebagai berikut:

1. Berdasarkan data transformator tenaga unit 1.3 PLTGU Muara Karang tanggal 31 Mei pukul

14:00 WIB dengan beban transformator 95MW dan 42 MVAR. Menyatakan bahwa Sistem

pendingin OFAF (Oil Force Air Force), menghasilkan susut umur transformator yang lebih

rendah dari sistem pendingin ONAN (Oil Natural Air Natural), dengan suhu top oil 55,76°C

& suhu hot spot 77,96°C pada OFAF dan suhu top oil 84,30°C & suhu hot spot 106,9°C pada

ONAN.

2. Pembebanan transformator tenaga GTG 1.3 PLTGU Unit Pembangkitan Muara Karang bulan

Mei 2014 menghasilkan susut umur rata-rata sebesar 96,80291 % untuk sistem pendingin

ONAN dan 4,012002 % untuk sistem pendingin OFAF dan menghasilkan nilai perkiraan

umur transformator 31,15 tahun (pada pembebanan maksimum 90%).


3. Untuk pembebanan optimum diperoleh pola pembebanan dengan memberikan nilai power

faktor pada generator 0,8 atau dengan daya generator sebesar 100 MW dan 75 MVAR Dan

suhu ambient 32o C untuk mendapatkan susut umur transformator L 100 % atau perkiraan

umur transformator sekitar 30 tahun

5 Referensi

[1] Iwa Garniwa, Jonathan Fritz S.,2011. Analisis Pengaruh Kenaikan Temperatur Dan Umur Minyak

Transformator Terhadap Degradasi Tegangan Tembus Minyak Transformator. Laporan Tugas Akhir.

Departemen Teknik Elektro. Universitas Indonesia.

[2] Purnama Sigid, 2009. Analisa Pengaruh Pembebanan Terhadap Susut Umur Transformator Tenaga.

Laporan Tugas Akhir. Jurusan Teknik Elektro. Universitas Diponegoro

[3] Teja Kusuma, 2012, Studi Pengaruh Temperatur Lingkungan Terhadap Pembebanan Maksimum

Transformator IBT 500/150 Kv. Laporan Tugas Akhir.Teknik Elektro dan Informatika. Institut Teknologi

Bandung

[4] IEC, Loading Guide For Oil Immersed Transformer, IEC Publication, 1972.

[5] Kadir, Abdul, Transformator, Jakarta : Pradnya Paramita, 1979.

[6] PLN, Pedoman Pembebanan Transformator Terendam Minyak, SPLN 17A, 1979.

[7] PLN, Spesifikasi Transformator Tegangan Tinggi, SPLN 61, 1985.

[8] PLN, Transformator Tenaga, SPLN 8-1, 1991.

[9] Tobing, B.L., Peralatan Tegangan Tinggi, Jakarta : PT. Gramedia Pustaka Utama, 2003.

[10] Zuhal, Dasar Tenaga Listrik, ITB, Bandung, 1991.

[11] Listrik. Jakarta, 06 November 2009 09:36 WIB, Dielectric Losses dan Thermal Instability Penyebab

Kebakaran di GITET Cawang. http://www.esdm.go.id [diakses 9 Agustus 2014]

http://www.esdm.go.id/berita/listrik/39-listrik/2960-dielectric-losses-dan-thermal-instability-penyebab-kebakaran-di-gitet-cawang.html


STUDI PENGGUNAAN LAMPU LED PADA PENCAHAYAAN JALAN

LAYANG KAMPUNG MELAYU – TANAH ABANG

Hamdan Solihin1 , Setia Gunawan

2

12Universitas 17 Agustus 1945 Jakarta


ABSTRAK

Penerangan jalan umum merupakan fasilitas vital yang dibutuhkan sebagai alat bantu navigasi pengguna jalan,

meningkatkan keselamatan dan kenyamanan pengguna jalan, mendukung keamanan lingkungan dan memberikan

keindahan lingkungan jalan pada malam hari. Penerangan jalan umum juga diperlukan untuk menunjang aktifitas

perekonomian dan mobilitas masyarakat di malam hari. Perkembangan lampu untuk penerangan jalan umum di

dunia tergolong pesat. Produsen lampu penerangan jalan umum gencar menawarkan inovasi LED Street Lighting

yang merupakan terobosan baru alternatif penerangan jalan umum berbasis LED ( Light Emitting Diode ) yang

hemat energi dan ramah lingkungan. Oleh karena itu Jalan layang di sepanjang jalur kampung melayu – tanah

abang telah menggunakan lampu LED sesuai dengan kebutuhan penerangan di sepanjang jalan tersebut

Kata Kunci: LED, Diode, jalan, navigasi

ABSTRACT

Street lighting is a vital facilities needed as a navigation aid road users, improve the safety and comfort of road

users, supporting environmental security and provide environmental beauty of the road at night. Street lighting is

also needed to support economic activity and mobility of citizens in the evenings. The development of lamps for

street lighting in the world relatively rapidly. Street lighting lamp manufacturer incentive to offer innovative LED

Street Lighting which is a new breakthrough alternative street lighting based on LED (Light Emitting Diode) that is

energy efficient and environmentally friendly. Therefore Street overpass along the Kampung Melayu–Tanah Abang

has been using LED lights according to the needs of lighting along the road

Kata Kunci: LED, Diode, Street, navigasi

1 PENDAHULUAN

Jakarta sebagai ibukota negara memberi perhatian lebih pada kelestarian lingkungan untuk

menghemat energi, mengurangi polusi, pemanasan global, dan sebagainya. Salah satunya adalah seperti

yang dilakukan Pem-Prov DKI Jakarta dengan mengganti sejumlah lampu penerangan jalan umum (PJU)



dengan lampu hemat energi, bahkan akan menggunakan lampu hemat energi tersebut untuk penerangan

jalan layang saat ini masih terus dibangun sebagai usaha untuk mengurangi emisi gas buang sebesar 30%

Pada tahun 2030 [1] Lampu hemat energi yang dimaksud merupakan jenis LED ( light emitting

diode ) Untuk lampu PJU yang sudah terpasang saat ini di sejumlah ruas jalan protokol, provinsi dan

pemukiman, juga terus dilakukan

Perawatan dan penggantian lampu yang masih boros listrik secara bertahap juga diganti menjadi

lampu LED hemat energi. Kapasitas lampu PJU lama menggunakan jenis lampu natrium

berkapasitas 400 watts sedangkan LED hanya berkapasitas 200 watt Penghematan energi ini sudah

diatur dalam Instruksi Presiden nomor 13 tahun 2011 tentang Penghematan energi dilingkungan

Pem-Prov DKI Jakarta serta Instruksi Gubernur Nomor 23 Tahun2008 tentang Penghematan

Energi dan Air [ 1 ] .

Cahaya adalah energi yang dipancarkan pada panjang gelombang (380-780 ) nm. Cahaya tampak

adalah gelombang elektromagnet yang mempunyai panjang 380 nm sampai 780 nm dan dapat dilihat oleh

manusia. Contohnya adalah cahaya matahari. Sedangkan cahaya tidak tampak adalah gelombang

electromagnet yang mempunyai panjang dibawah 380 nm. Contohnya adalah X rays, β rays, α rays.

2 LANDASAN TEORI

2.1 Besaran Pokok Pencahayaan

2.1.1 Luminansi(Luminance)

Luminansi ( L ) merupakan besaran yang berkaitan erat dengan kuat penerangan (E),Luminansi

adalah pernyataan kuantitatif jumlah cahaya yang dipantulkan oleh permukaan pada suatu arah.

Luminansi suatu permukaan ditentukan oleh kuat penerangan dan kemempuan memantulkan cahaya oleh

permukaan. L = ( cd/m2 )

Dimana :

L = Luminasi (cd/m2)

I = Intensitas (cd)

A = Luas semua permukaan (m2)

2.1.2 Arus Cahaya ( Luminous flux )

Arus cahaya atau Luminous flux (Φ) didefinisikan sebagai jumlah total cahaya yan dipancarkan

oleh sumber cahaya setiap detik. Sedangkan aliran rata-rata energi cahaya adalah arus cahaya atau fluks

cahaya. Luminous flux dapat juga didifinisikan sebagai radiasi energi cahaya yang keluar per detik dari

bodi dalam bentuk luminous light wave. Satuan luminous flux adalah lumen. Dan didefinisikan sebagai

flux yang terbawa pada solid angle dari sumber satu candela atau standart candela. 1 lumen = 0.0016 watt

(pendekatan). Besarnya arus cahaya dapat kita tulis dalam persamaan sebagai berikut:

Φ =

Dimana :

Φ = Arus cahaya (lumen)

Q = Energi cahaya (lumen. detik)


t = Waktu (detik)

2.1.3 Intensitas Cahaya ( Luminous Intensity )

Intensitas cahaya ( I ) atau luminous intensity dengan satuan kandela ( cd ) adalah arus cahaya

dalam lumen yang diemisikan setiap sudut ruang ( pada arah tertentu ) oleh sebuah sumber cahaya.

intensitas cahaya diukur pada temperature platina. Intensitas cahaya ( I ) dapat dinyatakan

sebagaiperbandingan diferensial arus cahaya (lm) dengan diferensial sudut ruang ( sr ), yaitu:

I = lm/ sr ( cd )

Dimana:

I = Intensitas cahaya ( cd )

= sudut ruang ( lumen/sr )

Intensitas cahaya 1 cd mengeluarkan arus cahaya ( Φ ) sebesar 1 lm di udara. Besarnya intensitas

cahaya yang dihasilkan suatu sumber cahaya adalah tetap, baik dipancarkan secara terpusat maupun

menyebar.

2.1.4 Kuat Pencahayaan ( Iluminance )

Kuat Pencahayaan atau kecemerlangan cahaya adalah pernyataan kuantitatif untuk arus cahaya

yang menimpa atau sampai pada permukaan bidang. Kuat pencahayaan disebut pula tingkat pencahayaan

atau intensitas pencahayaan merupakan perbandingan antara flux cahaya ( F) dengan luas permukaan ( A

) yang mendapat sumber cahaya. Satuannya : Lux atau Lumen/m2.

E = lux

Dimana :

E = Kuat pencahayaan (lux)

F = Arus cahaya (lumen)

A = luas permukaan bidang ( m2 )

2.1.5 Rekomendasi Pencahayaan Jalan

Kualitas pencahayaan pada suatu jalan diukur berdasarkan metoda iluminansi atau luminansi.

Meskipun demikian lebih mudah menggunakan metoda iluminansi, karena dapat diukur langsung di

permukaan jalan dengan menggunakan alat pengukur kuat cahaya.Kualitas pencahayaan normal menurut

jenis/klasifikasi fungsi jalan ditentukan seperti pada table dibawah ini

Tabel 2.9 Rekomendasi pencahayaan jalan

Kuat pencahayaan Luminansi Batasan silau

Jenis/ (Iluminansi)

klasifikasi jalan

E rata

rata Kemerataan

L rata-

rata Kemerataan G TJ ( % )


(lux) g1 (cd/m2) VD VI

Trotoar I- 4 0,10 0,10 0,40 0,50 4 20

Jalan lokal :

Primer 2_ 5 0,10 0,50 0,40 0,50 4 20

Sekunder 2_ 5 0,10 0,50 0,40 0,50 4 20

Jalan kolektor :

Primer 2_ 5 0,14 1,00 0,40 0,50 4 _ 5 20

Sekunder 2_ 5 0,14 1,00 0,40 0,50 4 _ 5 20

Jalan ateri :

Primer 11 _20 0,14 - 0,20 1,50 0,40 0,50 - 0,70 5 _ 6 10 _20

Sekunder 11 _20 0,14 - 0,20 1,50 0,40 0,50 - 0,70 5 _ 6 10 _20

Jalan arteri

dengan

akses kontrol,

jalan 15 _20 0,14 - 0,20 1,50 0,40 0,50 - 0,70 5 _ 6 10 _20

bebas hambatan

Jalan layang,

simpang susun, 20 _25 0,20 2,00 0,40 0,70 6 10

terowongan

( Spesifikasi penerangan jalan SNI no.7391 tahun 2008)

Keterangan : g1 : E min/E maks G : Silau (glare) TJ : Batas ambang kesilauan

VD : L min/L maks VI : L min/L rata-rata

3 METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan waktu penelitian

Metodologi penelitian merupakan tahapan sistematis atau urutan-urutan proses yang dibuat dalam

melakukan sebuah penelitian untuk membantu mencari penyelesaian masalah sesuai dengan tujuan

penelitian terhadap studi lampu pencahayaan jalan dengan lampu LED untuk memenuhi standar teknis,

penelitian ini diambil dari jalan layang kampung melayu-tanah abang yang berlangsung pada bulan

januari tahun 2015.


3.2 Metodologi perolehan data

Dalam memperoleh data-data yang diperlukan dalam metodologi penelitian yang digunakan

antara lain adalah dengan melakukan studi pustaka, mengumpulkan bahan-bahan bacaan seperti buku,

jurnal dan data-data dari Dinas Perindustrian dan Energi DKI Jakarta serta diskusi dengan orang-orang

yang memang berkecimpung langsung dengan pencahayaan jalan, juga literarur-literatur yang berkaitan

dengan materi tulisan ini di internet.

3.3 Tahapan percobaan

Untuk tahapan percobaan ini dilakukan dengan menggunakan alat untuk mengukur tingkat

kekuatan atau intensitas. Alat ini didalam memperlihatkan hasil pengukurannya menggunakan format

digital yang terdiri dari rangka, sebuah sensor. Sensor tersebut diletakan pada sumber cahaya yang akan

diukur intensitasnya. Dari data yang diperoleh secara langsung dilokasi penelitian kemudian diolah dan

disandingkan dengan data yang diperoleh dari sumber lain.

3.4 Diagram alir penelitian

4 HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Kuat Pencahayaan

Lampu LED 200 W, Sudut inklinasi 15°, tinggi lampu= 9 mtr, Efikasi = 90 lumen/W, Faktor

Perawatan 60 % , Faktor Refleksi q = 0,08. Maka untuk menentukan kuat pencahayaan rata-rata dan

luminansi rata-rata adalah:


Gambar 4.1 Tiang lampu jalan kasablanka

Jadi jika di lihat pada tabel rekomendasi pencahayaan untuk jenis jalan layang maka hasil yang

diperoleh belum memenuhi standar pencahayaan SNI no:7391.

4.2 Perhitungan jumlah titik lampu

Untuk menentukan perhitungan titik lampu yang diperlukan adalah sebagai berikut :

T =

dimana :

T : jumlah titik lampu, L: panjang jalan (m) S : jarak tiang ke tiang (m)

Tabel 4.1 Panjang jalan & Titik lampu

No Sumber Panel Jumlah Tiang Jarak Panjang Titik

Gardu Pembagi

Tiang(m) Jalan(m) Lampu

1 KB 254 PP 1 12 cabang 1

PP 2 12 cabang 1

PP 3 11 cabang 2

30 x 35 = 1050/30=

35 tiang 30 1050 35 + 11=46

η= ηrs+ ηks

= ηrs( 0 – 6,75m )+ ηks( 0 – 2m )

= ηrs( 0 – + ηks( 0 –

= ηrs( 0 - 0,75 ) +ηks( 0 - 0,22 )

= 30 % + 10 % = 40 %

ǿLp = 200 watt . 90

= 18000 lumen

Maka :

E rata2 =

= 16,5 lux

L rata2 = E rata2 . q

= 16,5 . 0,08 = 1,316



PP 2 12 cabang 1

PP 3 12 cabang 1

PP 4 12 cabang 1

30 x 48 = 1440/30=

48 tiang 30 1440 48


PP 2 5 cabang 1

PP 2 7 cabang 1

PP 3 5 cabang 1

PP 4 12 cabang 1

30 x 41 = 1230/30=

41 tiang 30 1230 41

4

KB 36

G PP 1 9 cabang 2

PP 2 9 cabang 2

30 x 18 = 540/30=

18 tiang 30 540 18+18= 36

5 KB 124 PP 9 cabang 2

30 x 9 = 270/30=

30 270 9+9=18

Dengan pemasangan lampu penerangan jalan LED 200 W maka diperoleh daya listrik sebagai

berikut :

1.KB.254 = jumlah titik lampu x daya lampu

= 46 buah lampu x 200 W = 9200 W

= 46 buah lampu x 250 W = 11500 W (lampu sodium son)


= 48 buah lampu x 200 W = 9600 W



= 41 buah lampu x 200 W = 8200 W


4.KB.36G= jumlah titik lampu x daya lampu

= 36 buah lampu x 200 W = 7200 W


5.KB.124= jumlah titik lampu x daya lampu

= 18 buah lampu x 200 W = 3600 W



Maka untuk pemasangan titik lampu penerangan jalan lampu LED lebih baik dari pada lampu

sodium son.

4.3 Jatuh Tegangan

Untuk menentukan jatuh tegangan pada arus bolak-balik 3 fase adalah:

Δv = volt atau = x 100 %

1. Sumber Gardu KB 254

PHB PP 1 Δv = = 7,785 volt

= x 100 % = 2,0 %

Jadi nilai jatuh tegangan pada PHB PP 1 adalah 7,785 volt atau 2,0 % sudah memenuhi standar

PUIL 2011 dengan persentasi 2 % sampai dengan 5%.


= x 100 % = 2,17 %




= x 100 % = 2,47 %





= x 100 % = 2,18 %




= x 100 % = 3,04 %





= x 100 % = 3,04 %




= x 100 % = 2,20 %





= x 100 % = 1,83 %




= x 100 % = 1,15 %




= x 100 % = 1,60 %




= x 100 % = 1,95 %




4. Sumber Gardu KB 36 G


= x 100 % = 1,36 %




= x 100 % = 2,36 %





= x 100 % = 1,25 %



Jadi dari hasil keseluruhan dapat di simpulkan bahwa telah terjadi penghematan konsumsi daya

listrik sebesar 2 % sampai dengan 5%.

5 KESIMPULAN & SARAN

5.1 Kesimpulann

Jadi berdasarkan hasil penelitian ini maka dapat disimpulkan sebagai berikut :

1. Kualitas pencahayaan masih belum memenuhi rekomendasi pencahayaan jalan yang sesuai

dengan SNI no 7391 tahun 2008 spesifikasi penerangan jalan.

2. Instalasi listrik pencahayaan jalan telah memenuhi PUIL 2011 dengan jatuh tegangan 2 %

sampai dengan 5 %.

3. Dengan menggunakan lampu LED 200 W dapat dilakukan penghematan beban dayanya

dibandingkan lampu Sodium ( son ) 250 W

4. Dengan menggunakan lampu LED tidak lagi terdapat limbah gas natrium dari lampu sodium

son dan sodium sox


5.2 Saran

1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut agar rekomendasi pencahayaan jalan sesuai dengan

SNI no 7391 tahun 2008.

2. Perencanaan ini dapat digunakan oleh pemerintah pada daerah wilayah Jakarta selatan

sebagai rekomendasi instalasi listrik pencahayaan jalan yang sesuai dengan PUIL 2011

Penggunaan lampu LED daripada lampu Sodium ( son ) pada pencahayaan jalan adalah guna

menghemat biaya energi listrik. Namun penggantian ini diperklukan biaya investasi awal

yang sangat besar, tetapi akan berpengaruh pada jangka panjang

3. Hendaknya pemerintah terus berupaya menggunakan lampu LED agar dapat melestarikan

lingkungan

6 REFERENSI

[ 1 ] Berita Jakarta.com

[ 2 ] Illumination Engineering, Ronald N. 1977

[ 3 ] Light Measurement Handbook, Alex Ryer 1998

[ 4 ] Philips Lighting, Edisi ke lima 1993

[ 5 ] PUIL 2011 SNI 040225-2011

[ 6 ] Dinas Perindustrian & Energi Provinsi DKI Jakarta

[ 7 ] SNI 7391:2008 Spesifikasi penerangan jalan

[ 8 ] Teknik pemanfaatan tenaga listrik, jilid 1 Prih sumardjati

[ 9 ] Teknik Pencahayaan, Ir. S Gunawan, MSc Jakarta 2008

[ 10 ] www. Tiang lampu PJU.com

Documents

PERMODELAN SISTEM DAN DESAIN PENGENDALI PID DENGAN …dosen.uta45jakarta.ac.id/downlot.php?file=JURNAL_Siap cetak.pdf · jurnal kajian teknik elektro vol.2 no.1 1 permodelan sistem