DESAIN ALAT PENGUKUR ENERGI LISTRIK JARAK JAUH BERBASIS MIKROKONTROL DENGAN KEAKURATAN YANG TINGGI

  oleh : Royadi - 41407110004

 Abstrak

Besar  pemakaian  energi  listrik  oleh  setiap  konsumen  dapat  diukur  dengan  menggunakan  suatu  alat pengukur  energi  listrik (KWh-meter),  seperti  yang  dilakukan  oleh  PLN  pada tiap-tiap  pelanggan.  KWh-meter yang   tepasang   akan   membaca   pemakaian   komulatif   energi   yang   terpakai,   sehingga   untuk   mengetahui pemakaian  energi  selama  satu  bulan,  maka penunjukan KWh-meter  sekarang  harus  dikurangkan  dengan penunjukan  KWh-meter  bulan  yang  lalu.  Pada  makalah  ini,  diusulkan  suatu  rancangan  alat  pengukur  energi listrik  jarak  jauh  berbasis  mikrokontroller  yang  memiliki  keakuratan  yang tinggi,  serta  dapat memberikan tampilan  jumlah  energi  yang  dipakai  selama  satu  bulan.  Sehingga  petugas  pembaca  meter tidak  harus berkeliling ke rumah-rumah, mereka dapat mengakses lewat pusat kendali. Sistem alat ukur KWh-meter,  terdiri dari beberapa alat ukur diantaranya alat pengukur beda fasa antara tegangan dan arus, pengukur tegangan dan pengukur  arus. Selanjutnya  nilai tegangan,  arus  dan  nilai  kosinusnya  dikalikan  oleh  mikrokontrol  untuk mendapatkan  nilai  daya  sesaat. Sistem  pewaktuan yang  telah  diprogram  pada  mikrokontrol  dipakai  untuk menghitung energi pada waktu tertentu., alat ini juga dilengkapi dengan suatu pemancar, hal ini dimaksudkan untuk  mengefektifkan  sistem  pencatatan  dan  pendataan  yang nantinya  akan  dioperasikan oleh  satu  buah komputer yang telah diprogram secara langsung dapat menampilkan berapa besar biaya yang harus ditanggung oleh setiap pelanggan.

Kata Kunci: KWh-meter, tegangan, arus, beda fasa, mikrokontrol.

 

1.    Pendahuluan

  

Besarrnya      pemakaian   energi   listrik   oleh setiap  konsumen  dapat  diketahui  oleh  pihak  PLN dengan  memasang  suatu  alat  KWh-meter  di  setiap pelanggan.  Sistem  KWh-meter  yang  biasa  dipakai oleh  PLN  adalah  dengan  sistem  induksi,  dimana sering   kali   konsumen   pengguna   energi   listrik banyak   yang mengeluh     berkaitan      dengan pembayaran   energi listrik tersebut.  Metoda pengukuran   energi   listrik   yang   biasa   dilakukan adalah   dengan   mencatat   besarnya   energi   bulan sekarang ini dikurangkan dengan pemakaian energi listrik   bulan   lalu,   hal   ini   dapat   menyebabkan keakurasian   data   yang   dicatat  tidak begitu   baik karena keterbatasan si pencatat.

             Permasalahan yang sering terjadi adalah para pelanggan mengalami  kejadian  pembayaran rekening  listrik  yang  melonjak  pada  bulan-bulan tertentu,  padahal  pemakaian  energi  listrik  hampir sama   dengan   bulan-bulan   sebelumnya.   Hal   ini sering  terjadi karena  pembacaan  KWh-meter  oleh petugas tidak ada suatu bentuk keteraturan tertentu, atau  dapat  disebabkan  kurang  teliti pencatatanya, faktor  lain  yang dapat menyebabkan hal  ini  terjadi adalah  penunjukan  angka  yang  relatif  kecil.  Jika alat yang dipasang  pada  pelanggan dapat menunjukkan  suatu  tampilan  yang  cukup  dari  segi ukuran,  serta  dapat  dipilih  suatu  tampilan  tertentu,maka     petugas      akan      lebih      mudah      untuk mencatatnya.

Pada   makalah   ini,   akan   diusulkan   suatu rancangan   alat   pengukur   energi   yang   memiliki keakurasian  yang  tinggi  dan dapat  diukur  dalam jarak yang cukup jauh. Alat pengukur energi listrik ini  dilengkapi  oleh  berbagai  fasilitas  antara  lain: dapat memberikan  tampilan   jumlah  energi   yang terpakai  selama  satu  bulan,  selain  itu  si  petugas tidak  harus  keliling  melakukan pencatatan,  akan tetapi  hanya  mengakses  di  komputer  saja  untuk mendapatkan data.

  

2.    Perancangan  Alat  Pengukur  Energi  Listrik Jarak Jauh

         Sistem    mikrokontronler    yang    dirancang terdiri  dari  dua  bagian,  yaitu  yang  terpasang  pada pelanggan, sedangkan yang kedua di pusat kendali. Pada  bagian  yang  terpasang  di  pelanggan  terdiri dari   dua   buah   transduser   arus   dan   tegangan, pengolah   sinyal,  tampilan  dan  sistem  pemancar, secara  detail  dapat  dilihat  pada  gambar  1.  Sedang pada   pusat   kendali   terdiri dari   sebuah   personal komputer  yang  dilengkapi  dengan  penerima  dari sinyal yang dikirim oleh beberapa pemancar (dalam hal  ini pelanggan  terdiri  lebih  dari  satu).

2.1  Sensor Tegangan

          Sinyal tegangan yang akan diukur, dilakukan dengan   bantuan   sensor   tegangan   yang   memiliki keakurasian   yang   tinggi   dengan   tipe  LV-25   P. Sensor    tegangan    tipe    ini    memiliki    beberapa kelebihan,   antara   lain   :   dapat   digunakan   untuk mengukur   tegangan   AC   maupun   DC,   memiliki lebar  pita  yang  cukup  lebar,  memiliki  kelinieran yang sangat baik. Keluaran dari sensor tegangan ini masih  berupa  besaran arus,  maka  untuk  mengubah besaran  arus  ke  besaran  tegangan  harus  dipasang resistor antara   keluaran   dan   nilai   ground.   Jika diinginkan   untuk   mendapat   besaran   yang   lebih besar, maka keluaran sensor bisa dikuatkan dengan menggunakan penguat operasional.

2.2  Sensor Arus

        Besaran    sinyal    arus    yang    akan    diukur, dilakukan    dengan    bantuan    sensor    arus    yang memiliki  keakurasian  yang tinggi  dengan tipe  LA-55 P. Beberapa pertimbangan menggunakan tipe ini adalah  sensor  ini  memiliki  kelinieran  yang  sangat tinggi, lebar  pita  yang  lebar  serta  dapat  digunakan untuk  mengukur  arus  AC  dan  DC.  Keluaran  dari sensor    ini    berupa   besaran arus,    maka    untuk mengubah   ke   dalam   besaran   tegangan   dipasang resistor  antara  terminal  keluaran  dan  ground. Jika dikehendali    keluaran    yang    berada    pada    level tertentu,  maka  sinyal  ini  dapat  dikuatkan  dengan bantuan penguat operasiona.

2.3  Pengkondisi Sinyal

Sinyal yang keluar dari sensor tegangan akan diukur   sampai   taraf   yang   lebih   rendah   dengan perbandingan  tertentu,  hal ini  dimaksudkan  agar sesuai dengan taraf tegangan perubahan dari sistem analog  ke  digital.  Sedangkan  sinyal  keluaran  dari sensor    arus,    juga    dilakukan    hal    yang    sama. Perbedaan  kedua  sudut  antara  sinyal  tegangan  dan sinyal arus dipakai untuk menghitung nilai kosinus pada daya sesaat.

2.4  Detektor Puncak

          Nilai puncak dari tegangan dan arus dideteksi dengan menggunakan detektor puncak. Rangkian detektor puncak ini dapat dilakukan dengan konfigurasi rangkaian dioda penyearah, jika diinginkan nilai yang lebih akurat, maka disarankan menggunakan detektor puncak dengan menggunakan penguat operasional untuk kompensasi drop tegangan di dioda. Penurunan tegangan akhibat drop di dioda mempengaruhi keakurasian dari rancangan sistem, sebab nilai keluaran dari pengkondisi sinyal berkisar hanya beberapa volt saja, maka pemrosesan di detektor puncah harus dijaga seakurat mungkin.

    2.5  Multiplekser dan ADC

  

Sinyal      informasi       yang      dibaca       oleh mikrokontrol adalah nilai tegangan, arus  dan sudut fasa. Ketiga parameter ini harus diubah dahulu dari besaran analog ke besaran digital (biner).Detektor  puncak  tegangan,  detektor  puncak arus  dan  detektor fasa,  dimultiplekserkan  secara analog,  sehingga  keluaran  dari  multiplekser  dapat berupa  sinyal  tegangan,  sinyal  arus,  detektor  fasa yang   ketiganya   terintegrasi   dalam  suatu  besaran DC. Informasi   ketiga   besaran   tersebut   berupa besaran   DC,   kemudian diubah   ke   besaran   data biner. Pengukuran   yang dilakukan  tidak membutuhkan  suatu  kecepatan  yang  tinggi,  maka hanya  diperlukan satu  buah  ADC  saja,  yang  dapat diakses dan disinkronkan dengan multiplekser yang ada.   Penggiliran   masuknya  data dari   ADC   ke sistem  mikrokontrol  diatur  oleh  mikrokontrol  itu sendiri.

    2.6  Sistem Mikrokontrol

Sistem   mikrokontrol   terdiri  dari mikrokontrol,    memori,    display,    papan    tombol. Program  yang  disimpan  dalam  memori  EPROM, sedangkan  memori    RAM    digunakan    untuk membantu  sistem  mikrokontrol  saat  bekerja  untuk menyimpan data  yang diakses oleh pelanggan atau data saat diakses oleh pengendali terpusat.

Display     digunakan      untuk     memberikan tampilan   mengenai   berapa   banyak   energi   listrik yang digunakan pada bulan ini ataupun pada bulan- bulan   sebelumnya.   Untuk   membatasi   besarnya memori   yang   dipakai   memori,   data   pemakaain energi   listrik   bisa   dibatasi   sampai   tiga   bulan sebelumnya,  sesudah  itu  data  yang  terakhir  akan hilang dengan otomatis digantikan data yang baru.

   2.7  Sistem Pemancar

Sistem  pemodulasi, bisa  menggunakan modulasi  frekuensi.  Masukan  ke  transmiter  berupa sinyal digital yang akan dimodulasi oleh modulator FM,  sinyal    yang    keluar    dari    modulator    FM kemudian    dikuatkan, penguatan sinyal ini dimaksudkan    supaya    sinyal    yang    dipancarkan relatif kuat.

2.8  Sistem Pengendali Terpusat

Sistem  pengendali  terpusat,  berfungsi  untuk menerima  sinyal dari pengirim  yang  telah dikirimkan  oleh  masing-masing  pemancar.  Sinyal yang   diterima   oleh   suatu   penerima,   kemudian diumpankan   ke   rangkian   demodulator,   hal   ini dimaksudkan  untuk  mendapatkan sinyal  informasi, berupa  besaran  energi  listrik  yang  dipakai.  Sinyal informasi   ini   biasanya   masih   tercampur   dengan sinyal-sinyal   lain   yang   tidak   diinginkan,   maka sinyal  informasi  saja   yang  diambil,  hal  ini  bisa diatasi  dengan  memasang  filter.  Setelah  keluaran filter, sinyal tersebut dikuatkan lagi pada taraf level logika   seperti   pada   level   komputer.   Data   yang dikirimkan  secara  serial  ini  kemudian  akan  diolah oleh  komputer,  sehingga  akan  memunculkan  suatu tampilan berupa nilai akhir dari jumlah energi yang harus   dibayar.   Metoda   komputasi   yang   dipakai sangat   sederhana      sekali,  yaitu   dengan menggunakan  akses  port,  kemudian  data  diambil, setelah itu dikalikan dengan nilai-nilai harga energi yang telah ditetapkan oleh PLN, Dari data tersebut nantinya  akan  sebagai  acuan  terhadap  energi  yang harus  dibayarkan  oleh  masing-masing  pelanggan. Berikut ini adalah diaagram block penerima.

3.    Pengujian Hasil Rancangan

        Metoda   perancangan   sistem  ini menggunakan   metode   empiris,   yaitu   melakukan perancangan  tiap-tiap  bagian   berupa block-block rangkaian   kendali   dan   mengamati   hasilnya   di laboratorium  kemudian dicocokkan  dengan rancangan   teoritis. Rangkaian   block   yang   telah sesuai    dengan    yang    dikehendaki    digabungkan dengan    rangkaian    block    yang    lain    sehingga dihasilkan   suatu   sistem   yang   baik   dan   dapat dipercaya  kebenarannya.  Untuk  menjaga keakurasian    data    dari    hasil  rancangan,    perlu dilakukan  suatu  kalibrasi  dengan  alat  yang  sudah ada, dan dilakukan suatu analisa

4.    Penutup

Dari  hasil  rancangan  yang  telah  dilakukan, maka   diharapkan   dapat   memberikan   kontribusi antara lain adalah:

Bagi   PLN,   dapat   disimulasikan   metode   ini karena      metode      ini      memiliki       beberapa keunggulan  antara  lain  lebih  presisi  dan  lebih memudahkan dalam hal pencatatan.

b.Bagi   pelanggan   PLN,   dapat   diperoleh   nilai

yang pasti dan akurat, karena sistem ini benar- benar  menunjukkan  penggunaan  energi  listrik selama satu bulan.

c.    Bagi   perkembangan   ilmu   pengetahuan   dan teknologi,              teknologi ini            perlu        dilakukan mengingat    sistem    ini    akan    mempermudah pencatatan dan memiliki ketelitian yang baik

Daftar Pustaka

[1]   Cooper,  W.  D,  Instrumentai   Elektronik  dan

Teknik Pengukuran, Erlangga, 1991.

[2]   Dahono. AP, Besaran Tenaga Listrik: Definisi

dan   Masalahnya,   Seminar   Nasional   TeknikTenaga istrik, Bandung, 2004.

[3]   Frenzel,  Lois  E,  Communications  Electronics, McGraw-Hill, 1989.

[4]   http/www: lem.com.

[5]   Jacob,  J.  M,  Industrial  Control  Electronics, Prentince Hall International, 1989

[6]   Kennedy,    George,    Eletronic    Comunication

Systems, McGraw-Hill, 19861

[7] Mohan, Undeland, Robbins, Power
Electronics: Converters, Applications and
Design, John Wiley & Sons, 1994
[8] Rashid, M H, Power Electronics: Circuits,
Devices and Applications, Prentice Hall
International, 1993
[9] Simpson. C. D, Industrial Electronics.,
Prentince Hall International, 1996.
[10] Smith, J, Modern of Communication System,
McGraw-Hill, 1986.