Sistem Telemetri untuk pengukuran arus beban 3 phasa

Ringkasan Penelitian (Penelitian Mandiri - th. 2008)
Judul Lengkap :
Prototype Sistem Telemetri untuk Pengukuran Arus Beban 3 Phasa melalui Kanal Radio
Hari Purwadi, SST, Agusma Wajiansyah, SST, Supriadi, SST, Ir. Prihadi M, MT
Jurusan Teknik Elektro – Politeknik Negeri Samarinda
Samarinda – Kalimantan Timur - Indonesia

---

Abstrak
Penghematan energi listrik dapat diketahui dengan melihat daya yang digunakan pada konsumen listrik. Salah satu parameter untuk mengetahui daya listrik adalah dengan mengetahui arus yang melalui beban pada konsumen. Sistem pembangkit listrik untuk kapasitas yang besar dibangkitkan dengan sistem 3 phasa karena banyak keuntungan yang didapatkan. Untuk mengetahui arus phasa dapat dilakukan jarak jauh yaitu dengan sistem telemetri. Dengan sistem ini dapat diketahui parameter arus yang melalui phasa secara realtime. Dengan diketahuinya arus beban maka dapat diperkirakan daya pemakaian listrik tiap-tiap unit. Besaran sinyal analog yang terukur diubah menjadi sinyal digital parallel pada level TTL 0 s/d +5V. Kemudian sinyal ini diproses oleh mikrokontroler menjadi sinyal serial asinkron untuk kemudian dikirim melalui media komunikasi gelombang radio VHF FM yang dimodulasi dengan menggunakan teknik FSK (Frequency Shitf Keying). Penerima FM pada transceiver FM di central office akan memisahkan sinyal informasi dari sinyal carriernya, sehingga diperoleh sinyal informasi yang berupa sinyal suara yang mengandung data digital serial. Kemudian, sinyal suara diproses oleh demodulator FSK untuk mendapatkan sinyal serial level RS232 yang dapat diterima oleh port serial PC. Data yang diterima oleh PC di tampilkan dan disimpan dalam bentuk data base.

PENDAHULUAN
Penghematan energi listrik dapat diketahui dengan melihat daya yang digunakan pada konsumen listrik. Salah satu parameter untuk mengetahui daya listrik adalah dengan mengetahui arus yang melalui beban pada konsumen. Sistem pembangkit listrik untuk kapasitas yang besar dibangkitkan dengan sistem 3 phasa karena banyak keuntungan yang didapatkan. Untuk mengetahui arus phasa dapat dilakukan jarak jauh yaitu dengan sistem telemetri. Dengan sistem ini dapat diketahui parameter arus yang melalui phasa secara realtime. Dengan diketahuinya arus beban maka dapat diperkirakan daya pemakian listrik tiap-tiap unit. Hal ini sangat penting bagi lembaga (instansi) untuk menerapkan kebijakan hemat energi disetiap unit, sehingga energi listrik yang digunakan sesuai dengan kebutuhan.

Telemetri dapat didefinisikan sebagai proses sensing dan pengukuran suatu besaran/variabel yang diperoleh dari suatu lokasi, dan kemudian data hasil pengukurannya dikirim ke kantor pusat/pengatur yang jaraknya jauh. Data hasil pengukuran akan ditampilkan, diamati, dan dianalisa sehingga dapat menjadi referensi data valid untuk pengambilan. Diagram dari sebuah sistem telemetri ditunjukkan dalam gambar di bawah ini

Gambar di atas menunjukkan diagram dari sebuah sistem telemetri yang mengukur data arus listrik dengan variable antara lain : phasa R, phasa S dan Phasa T, untuk variabel lain dapat ditambahkan variable tegangan, factor daya, beda fasa dan lain-lain. Besaran arus listrik yang lewat phasa R, S dan T tersebut diubah oleh sensor arus menjadi besaran lain yang disesuaikan dengan kondisi yang diinginkan. Oleh airborne system, besaran listrik diproses menjadi data yang siap dikirim melalui media komunikasi agar dapat dikirim dalam jarak yang jauh. Media komunikasi yang digunakan dapat berupa : kabel tembaga, kabel serat optik, gelombang radio, atau media lainnya. Di ujung media komunikasi, data diterima oleh komputer di ground system. Ground sistem terletak di sentral pengamatan.

Di antara media komunikasi lainnya, gelombang radio lebih banyak digunakan karena mempunyai banyak keuntungan antara lain :

1. Tidak mengalami kabel putus
2. Respon waktunya sangat cepat
3. Mudah diletakkan pada lokasi pengukuran yang sulit dipasang kabel
4. Mudah dipindah-pindahkan
5. Lebih murah
6. Perawatan lebih mudah, karena tidak terdapat kabel.

Model sistem telemetri yang akan dibahas dalam penelitian ini ditunjukkan dalam gambar di bawah.
Terdapat 3 (tiga) titik pengukuran ( measure point 1, measure point 2, dan measure point 3) yang masing-masing diletakkan pada tempat dan jarak yang berbeda. Jumlah titik pengamatan sebanyak 3 (tiga) buah dianggap cukup mewakili jika dilakukan penambahan jumlah titik. Ketiga titik pengukuran dapat bekerja mandiri namun sesuai dengan parameter yang selalu ditentukan oleh central office yang merupakan pusat pengamatan dan pengolahan data.

Pada measure point, besaran yang terukur kemudian diubah oleh transducer menjadi besaran sinyal listrik analog. Selanjutnya sinyal listrik analog diubah ke bentuk sinyal digital paralel dengan level TTL (0 hingga + 5V). Agar dapat dikirim dengan teknik serial asinkron, sinyal digital paralel diproses oleh data processing berbasis mikrokontroler (single chip microprocessor system) menjadi sinyal serial asinkron dengan level TTL yang juga ditambah dengan bit-bit pelengkap komunikasi serial.

Oleh karena pemancar radio pada transceiver FM yang digunakan tidak dapat mengirim sinyal digital dengan level TTL, maka sinyal digital perlu dimodulasi dengan menggunakan teknik FSK (Frequency Shift Keying). Keluaran modulator FSK merupakan sinyal suara yang dapat ditumpangkan pada sinyal carrier transceiver FM untuk dikirim dengan jarak yang jauh.

Penerima FM pada transceiver FM di central office akan memisahkan sinyal informasi dari sinyal carriernya, sehingga diperoleh sinyal informasi yang berupa sinyal suara yang mengandung data digital serial. Kemudian, sinyal suara diproses oleh demodulator FSK untuk mendapatkan sinyal serial level RS232 yang dapat diterima oleh port serial PC. Data yang diterima oleh PC di tampilkan dan disimpan dalam bentuk data base.


DESAIN
Data arus listrik yang merupakan besaran fisik diubah menjadi besara listrik berupa tegangan oleh transducer yang berupa trafo arus sebagai sensor arus listrik.
Karena sinyal yang dihasilkan sensor berupa tegangan analog sesuai dengan arus listrik yang dideteksi berupa data analog, maka perlu dilakukan konversi ke sinyal digital agar dapat diproses oleh mikrokontroler. ADC mengubah tegangan masukan analog menjadi sinyal digital 8 bit. Data ini diproses oleh mikrokontroler dan ditambah dengan data digital 8 bit yang merupakan header. Maka diperoleh data serial 16 bit yang setelah ditambah bit start dan stop, dikirim ke modulator FSK. Mikrokontroler dipilih karena mempunyai sifat : ukuran kecil, konsumsi daya rendah, cara kerja mirip komputer PC, dan harga murah. Dengan sifat-sifat tersebut, mikrokontroler dapat digunakan sebagai pengganti komputer PC untuk ditempatkan pada titik pengukuran yang terpencil, jauh dari sumber listrik PLN dan di banyak tempat.

Modulator FSK mengubah format data komunikasi digital menjadi sinyal audio dengan frekuensi yang dapat diterima sebagai masukan oleh pemancar/transmitter radio FM. Umumnya level digital 0 diubah menjadi sinyal audio dengan frekuensi rendah, sedang level digital 1 diubah menjadi sinyal audio dengan frekuensi lebih tinggi.

Oleh pemancar radio, sinyal audio yang mengandung informasi data digital ditumpangkan pada sinyal carrier/pembawa yang mempunyai frekuensi jauh lebih tinggi. Metode penumpangan yang digunakan adalah modulasi frekuensi (FM/Frequency Modulation). Sinyal FM ini dipancarkan ke udara dan diterima oleh penerima FM. Pengiriman dilakukan tiap selang waktu tertentu untuk menghemat konsumsi daya untuk pemancar radio FM.

Di penerima FM, sinyal audio dipisahkan dari sinyal carrier, kemudian dikirim ke demodulator FSK untuk dikonversi kembali menjadi data digital. Karena data digital yang diterima mempunyai panjang 16 bit dan bukan merupakan standar RS232 (yang dapat diterima oleh port serial PC), maka data tersebut dipisahkan oleh mikrokontroler menjadi 2 buah data format RS232 yang mempunyai panjang 8 bit agar dapat diterima oleh port serial RS232 komputer PC. Komputer PC mengolah data yang diterima di port RS 232 menjadi tampilan sebuah nilai di layar monitor. Prosesnya dilakukan oleh program yang dibangun dari bahasa C++.
Dalam proses komunikasi datanya, PC di central office memulai dengan mengirim request pada RTU (Remote Terminal Unit) yang diinginkan secara broadcast di mana semua RTU akan ”mendengar” permintaan tersebut. Request berupa data 16 bit yang berisi 8 bit header dan 8 bit perintah. RTU yang mempunyai ID sama dengan yang tertera dalam request akan menjawab dengan memberikan data 16 bit yang terdiri dari 8 bit headernya dan 8 bit data pengukuran.

Jika RTU yang bersangkutan tidak menjawab hingga waktu time out yang ditentukan, maka central office akan mengirim request ulang. Jika hingga tiga kali request tidak ada jawaban dari RTU yang bersangkutan, maka central office mengisolasi RTU tersebut dan membuat indikasi kerusakan pada tampilan.

KESIMPULAN

1. Trafo arus dengan rating 50/5 dapat digunakan untuk mendeteksi arus yang melewati suatu jaringan listrik dengan nilai minimal 5 ampere, sehingga untuk arus yang dibawah 5 ampere diperlukan rangkaian tambahan.
2. Pengiriman data dapat dikirim melalui modulasi FSK 1200 bps yang ditumpangkan pada sinyal carrier gelombang radio 144 MHz.
3. Perlambatan fasa sinyal output digital output pada penerima diakibatkan oleh kanal radio dan timing process demodulasi, dengan dominasi oleh timing process.
4. Dibuktikan bahwa koordinasi transmisi data antar pengamat dengan ketiga titik pengukuran (Remote Terminal Unit/RTU) dapat bekerja pada frame protocol yang digunakan.
5. Collision/tabrakan belum pernah terjadi akibat metode akses yang digunakan dan jarak antar bagian masih sangat dekat. Namun dengan jarak yang lebih panjang dengan gangguan transmisi data yang besar hal ini bisa terjadi.
6. Perubahan tampilan arus phasa di layar komputer sesuai dengan perubahan yang dilakukan pada transducer.
7. Data yang tampil di tiap titik sesuai dengan sumber data yang bersangkutan (tidak tertukar)

REFERENSI

1. ------- (----). Telemetry Tutorial, L-3 Communications Telemetry West, San Diego.
2. Glasgow, H.B., Bulkholder, J. A., Reed, R.E., Lewitus, A.J., Kleinman, J.E. Kleinman (2004), Real-time remote monitoring of water quality: a review of current applications, and advancements in sensor, telemetry, and computing technologies, Journal of Experimental Marine Biology and ecology, Vol. 30 Issues 1-2, 31 March 2004, Pages 409-448.
3. Hac, A. ,(2003), Wireless Sensor Network Desain, John Willey and Sons, Chicester.
4. Lee, L.J.E, Lawrence, D.S.L., Price, M., (2006) Analysis of water-level response to rainfall and implications for recharge pathways in the Chalk aquifer, SE England, Journal of hydrology, Vol 330 Issues 3-4, 15 November 2006, Pages 604-620.
5. Lin, Shu, Costello, Daniel J., (1983), Error Control Coding, Fundamentals and Application, Prentice Hall, New Jersey.
6. Konecsny, K. (2006) Transboundary Floods: Reducing Risks Through Flood Management, NATO Science Series Vol. 72, Page 33-44.
7. Murdiyat, P., Udi, S (2006), Analisis dan Desain Sistem Pengiriman Data dari Mikrokontroler ke PC Dengan Sumber Data Analog Melalui Kanal Radio 144 MHz, Penelitian dibiayai oleh Politeknik Negeri Samarinda.
8. Murdiyat, P. (2007), Analisis dan Desain Alat Ukur Ketinggian Air Menggunakan Kanal Radio, Penelitian Mandiri, Samarinda.
9. Murdiyat, P., Prurwadi, H., Supriadi, Wajiansyah, A. (2007). Pototipe Sistem Telemetri untuk Pengukuran Ketinggian Air di 3 Titik Pengamatan Melalui Kanal Radio , Penelitian Politeknik Negeri Samarinda.
10. Santini, G., Righini, N., Chelazzi, G., (2001) Automatic telemetry to monitor the activity of limpets and sea level oscillations, Cambridge Journal Online, 05 september 2001.
11. Sapiie, S,. Nishino, S,. (1982). Pengukuran dan Alat-alat ukur, Pradnya Paramitha, Jakarta.
12. Schwartz, M. (1987), Telecommunication Network : Protocols, Modelling and Analysis, Addison-Wesley Publishing, Massachusets.
13. Shim, K.C., Fontane D.G., Labadie, J. W. , (2002) Spatial Decision Support System for Integrated River Basin Flood Control , J. Water Resour. Plng. and Mgmt., Volume 128, Issue 3, pp. 190-201 (May/June 2002) .
14. Shimoshio, Yoshifumi, Harsono, Nonot, (1993), Rangkaian dan Sistem Komunikasi, JICA – PENS ITS, Surabaya.
15. Siswanto,. (2006),. Analisis pengukuran KWH dan KVARH pada pelanggan besar di PLN cabang Samarinda, Tugas Akhir AKLI-Jurusan Elektro, Politeknik Negeri Samarinda.
16. Stremler, Ferrel G., (1990), Introduction to Communication System, Third Edition, Addison Wesley, California.
    

Bagi yang berminat dapat menghubungi admin.sang-rajawali.blogspot.com