Rancang Bangun Alat Proteksi Otomatis Pada Instalasi Listrik Rumah Tangga

RANCANG BANGUN ALAT PROTEKSI OTOMATIS PADA INSTALASI LISTRIK RUMAH TANGGA

LAPORAN TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat guna memperoleh Gelar Diploma 3

pada Politeknik Negeri Ujung Pandang

A.Akhmad Rahmatullah Ahmar(05 32 010) (05 32 004)

PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIKJURUSAN TEKNIK ELEKTRO

POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANGMAKASSAR

2009

KATA PENGANTAR

Penulis mengucapkan puji dan syukur ke hadirat Allah subhanahu wa taala

atas Berkat Rahmat dan karunia-Nya, sehingga segala yang berkaitan dengan

persiapan, pelaksanaan dan penyusunan laporan ini dapat dirampungkan.

Shalawat dan taslim kepada junjungan kita Nabiullah Muhammad SAW,

para Sahabat, keluarga dan ummatnya yang senantiasa konsisten dan Istiqomah

dijalannya. Semoga jiwa dan semangat perjuangan beliau dapat dijadikan patron

dalam kehidupan kita.

Laporan Tugas Akhir ini dirampungkan dalam rangka memenuhi salah

satu persyaratan akademis guna memperoleh Gelar Diploma 3, pada Politeknik

Negeri Ujung Pandang.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan laporan ini dapat terangkum

dengan adanya peran dari berbagai pihak yang memberi dukungan baik itu dalam

penyediaan buku maupun dalam memperoleh data yang bersifat teknis maupun

berupa pemikiran-pemikiran baru. Oleh karena itu, pada kesempatan ini dengan

segala kerendahan hati kami menghaturkan terima kasih yang sebesar-besarnya

kepada bapak Dr. Pirman AP, M. Si., selaku Direktur Politeknik Negeri Ujung

Pandang dan ibu Ir. Hafsah Nirwana, MT., Ketua Jurusan Teknik Elektro, serta

bapak Ahmad Rizal Sultan,S.T., M.T., Ketua Program Studi Teknik Listrik

beserta para dosen dan staf Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Ujung

Pandang yang telah membantu selama penulis menempuh pendidikan di kampus

tercinta.

Terima kasih dan penghargaan kepada, bapak Hamdani, ST,MT dan ibu

Nur Aminah, ST selaku pembimbing I dan pembimbing II yang telah

mengarahkan dan memotivasi penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

Penghargaan yang tinggi dan ucapan terima kasih yang tulus penulis

tujukan kepada Ayahanda dan Ibunda kami yang telah menjadi pelita bagi

kehidupan penulis dan memberikan semangat serta selalu mendoakan penulis

sehingga penulis dapat menyelesaikan studi, saudara dan saudari tercinta yang

selalu mendoakan dan membantu baik materi maupun tenaga dalam kehidupan

hingga saat ini. Serta terima kasih buat keluarga Bapak Mulyadi yang selalu

membantu penulis dalam segala hal.

Ucapan terima kasih yang tak terhingga kepada yang terkasih Hj.Pati dan

sahabat terbaik Awal, Ama, Anto, Cinta, Asny, Evi, dan Ippang yang senantiasa

menemani dalam suka maupun duka, baik dalam masalah akademik maupun

kehidupan serta telah memotivasi penulis untuk meraih masa depan. Terima kasih

buat Lukman, Fathan, Fadlan, Tandi, Akil, Anis, Darwin, Hilal dan Indah karena

kalian penulis selalu tertawa. Terima kasih yang tak terhingga buat teman

seperjuangan di kampus tercinta, khususnya kelas IIIA Listrik ’05.

Terima kasih penulis haturkan kepada seluruh elemen UKM Pers

Mahasiswa Politeknik Negeri Ujung Pandang dan seluruh pimpinan dan staf

karyawan Fajar Pendidikan.

Walaupun telah dicurahkan seluruh kemampuan dalam pembuatan laporan

tugas akhir ini, kami menyadari sepenuhnya bahwa laporan ini tidak luput dari

berbagai kekurangan dan kesalahan, oleh sebab itu segala saran dan kritik yang

bersifat obyektif konstruktif sangat kami harapkan hadir dari pembaca demi

perbaikan laporan kami selanjutnya, dengan harapan semoga laporan kami ini

dapat bermanfaat sebagaimana diharapkan.

Makassar, Maret 2009

Penulis

DAFTAR ISI

Halaman

Lembar Judul................................................................................................. iLembar pengesahan pembimbing.................................................................. iiLembar penerimaan panitia ujian................................................................... iiiKata pengantar .............................................................................................. ivDaftar isi......................................................................................................... viiDaftar gambar................................................................................................ ixDaftar tabel..................................................................................................... xiDaftar lampiran.............................................................................................. xiiAbstrak........................................................................................................... xiiiBAB I Pendahuluan A. Latar Belakang.............................................................................. 1

B. Rumusan Masalah ........................................................................ 2 C. Tujuan dan Manfaat...................................................................... 2BAB II Tinjauan Pustaka A. Pengertian Sistem Proteksi........................................................... 3 B. MCB.............................................................................................. 4 C. Transformator Ukur....................................................................... 5

1. Transformator Tegangan.......................................................... 62. Transformator Arus.................................................................. 8

D. Dioda............................................................................................. 91. Forward Bias (Prasikap Maju)................................................. 102. Reverse Bias (Prasikap Mundur)............................................. 11

E. Transistor....................................................................................... 13F. Relay.............................................................................................. 17G. Optocoupler................................................................................... 19H. Kapasitor....................................................................................... 20I. Resistor........................................................................................... 23

1. Jenis-jenis Resistor................................................................... 24 2. Karakteristik Berbagai Macam Resistor.................................. 25BAB III Perancangan Alat Proteksi Secara Otomatis

A. Blok Diagram ............................................................................... 26 B. Gambar Rangkaian Lengkap dan Flowchart ................................ 27C. Prosedur Kerja .............................................................................. 29D. Prosedur Pengujian....................................................................... 29E. Alat dan Bahan.............................................................................. 30

BAB IV Pengoperasian dan Analisis DataA. Pengoprasian ............................................................................... 33

1. Power Supply........................................................................... 33 2. Rangkaian Pengunci................................................................. 34

3. Beban....................................................................................... 34

B. Pengujian Rangkaian................................................................... 341. Pengujian Rangkaian Sensor Arus........................................... 34

2. Pengujian Rangkaian Driver.................................................... 363. Pengujian Alat Pada Variasi Jenis Beban................................ 374. Analisa Waktu Putus .............................................................. 39

BAB V PENUTUP A. Kesimpulan.................................................................................... 40 B. Saran............................................................................................... 41DAFTAR PUSTAKA

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Simbol MCB.............................................................................. 4

Gambar 2.2. Arah medan magnet................................................................... 8

Gambar 2.3. Sensor arus................................................................................. 9

Gambar 2.4. Simbol dan bentuk dioda........................................................... 9

Gambar 2.5. Diagram skematis sambungan PN............................................. 10

Gambar 2.6. a) Sambungan PN diberi prasikap maju, b) Simbol dioda sambungan PN yang mendapat prasikap maju 11

Gambar 2.7. a) Sambungan PN diberi prasikap balik, b) Simbol dioda sambungan PN yang mendapat prasikap balik 12

Gambar 2.8. Dioda sebagai pelindung transistor........................................... 12

Gambar 2.9. Grafik karakteristik output transistor......................................... 14

Gambar 2.10. a) Konstruksi & Simbol Transistor Bipolar NPN (kanan) b) Konstruksi & Simbol Transistor Bipolar PNP (kiri).......... 15

Gambar 2.11. Rangkaian interface dengan beban relay................................. 16

Gambar 2.12. Simbol Relay........................................................................... 18

Gambar 2.13. Optocoupler ............................................................................ 19

Gambar 2.14. Prinsip Dasar Kapasitor........................................................... 22

Gambar 2.15. Kapasitor seri........................................................................... 22

Gambar 2.16. Kapasitor Paralel..................................................................... 22

Gambar 2.17. Simbol Resistor Tetap............................................................. 25

Gambar 2.18. Simbol Resistor Trimpot......................................................... 25

Gambar 2.19. Simbol Resistor Potensiometer................................................ 25

Gambar 3.1. Blok Diagram............................................................................ 26

Gambar 3.2. Diagram rangkaian.................................................................... 27

Gambar 3.3. Flowchart................................................................................... 28

Gambar 4.1. Grafik Pengamatan Output trafo arus dengan variasi beban .... 35

Gambar 4.2. Grafik Pengamatan Tegangan Kerja Rangkaian Driver ........... 36

Gambar 4.3. Pengukuran dengan Variasi Beban............................................ 37

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Pengamatan Output trafo arus dengan variasi beban....................... 35

Tabel 2. Pengamatan Tegangan Kerja Rangkaian Driver (potensio kondisi lepas)................................................................... 36

Tabel 3. Pengetesan Dengan Variasi Jenis Beban......................................... 38



Tabel 6. Pengujian dengan Variasi Beban..................................................... 39

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Gambar Komponen

Lampiran 2. Foto Alat

Lampiran 3. Foto Smulasi Beban

Lampiran 4. Foto Alat Seluruhnya

ABSTRAK

(A.Akhmad Rahmatullah.M dan Ahmar), RANCANG BANGUN ALAT PROTEKSI OTOMATIS PADA INSTALASI LISTRIK RUMAH TANGGA. (Hamdani, ST, MT dan Nur Aminah, ST.).

Dalam sistem proteksi khususnya dalam aplikasi di instalasi rumah tangga yang ada saat ini, masih dianggap memiliki kekurangan.

Kelemahan yang nyata nampak pada pengoprasian alat Mini Circuit Breaker (MCB), yakni masih memerlukannya tenaga operator (manual) untuk menghubungkan kembali rangkaian instalasi listrik setelah alat tersebut (MCB) bekerja mengamankan rangkaian dari gangguan hubung singkat atau gangguan beban lebih.

Sehingga dalam Proyek Tugas Akhir ini dirancanglah “Alat Proteksi Otomatis pada Instalasi Listrik Rumah Tangga”. Yang dapat beroperasi secara otomatis, baik dalam memutuskan rangkaian instalasi listrik yang diakibatkan oleh gangguan hubung singkat dan ganguan beban lebih maupun dalam menyambungkan kembali rangkaian instalasi listrik bila gangguan tersebut telah hilang.

Sistem proteksi ini mengandalkan aplikasi dari beberapa rangkaian seperti rangkaian pengunci, rangkaian interface dan rangkaian sensor arus. Sehingga nantinya tercipta suatu rangkaian yang utuh dan dapat berfungsi sebagai salah satu alat proteksi otomatis pada instalasi listrik rumah tangga.

Alat ini dapat bekerja secara otomatis dikarenakan adanya rangkaian interface yang akan bekerja dalam setting tegangan referensi. Bila tegangan referensi tersebut sesuai dengan tegangan masukan, maka rangkaian ini akan beroperasi dan pada akhirnya akan menggerakkan relay untuk memutus rangkaian listrik. Lalu rangkaian pengunci akan mempertahankan posisi rangkaian, sampai nantinya tegangan kembali normal (sesuai dengan tegangan referensi) barulah rangkaian pengunci mengembalikan posisi relay menghubungkan rangkaian listrik.

Dari hasil analisa arus dan kemampuan komponen dalam pembebanan, maka diperoleh sebuah nilai setting tegangan referensi yang tepat. Hasil perancangan alat inipun sudah dapat digunakan pada beberapa tingkatan arus yang dapat diubah-ubah sesuai dengan kebutuhan.

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Salah satu aspek yang sangat berperan penting dalam suatu instalasi

tegangan listrik adalah sistem proteksi. Seperti halnya sistem proteksi yang umum

saat ini digunakan di rumah tangga maupun di dunia industri, yakni Mini Circuit

Breaker (MCB).

Sebagai alat proteksi, MCB berfungsi secara otomatis untuk

mengamankan rangkaian listrik dari gangguan hubung singkat dan beban lebih.

Namun MCB yang ada saat ini masih memiliki kekurangan, yakni MCB tidak

dapat kembali beroperasi secara otomatis setelah gangguan tersebut hilang dari

instalasi. Sehingga masih membutuhkan tenaga operator untuk mengaktifkan

kembali MCB secara manual agar jaringan instalasi dapat kembali bekerja.

Rangkaian ini dirancang agar dapat bekerja secara otomatis baik

mengamankan instalasi, maupun dalam menyambungkan kembali instalasi bila

gangguan telah hilang dari instalasi.

Selain itu, karena alat proteksi otomatis ini dirancang dengan

menggabungkan beberapa rangkaian komponen dan dengan besaran beban yang

akan dilayani dapat diubah-ubah, menjadikan alat ini memiliki berbagai kelebihan

dibandingkan sistem proteksi rumah tangga yang ada saat ini, yaitu MCB.

Sehingga dalam pemanfaatannya nanti, dapat tercipta sebuah sistem

proteksi yang handal dan efisien.

Adapaun alat yang dimaksud terdiri atas sensor arus, rangkaian driver,

rangkaian interface, rangkaian pengunci dan beberapa komponen elektronika

lainnya.

Berdasarkan pada pemaparan di atas, maka pada pelaksana proyek akhir

ini, dirancanglah “Alat Proteksi Otomatis Pada Instalasi Listrik Rumah

Tangga”.

B. Rumusan Masalah

Beradasarkan uraian latar belakang di atas, maka dirumuskanlah masalah

sebagai berikut:

1. Bagaimana merancang alat proteksi yang dapat bekerja memutus dan

menyambung rangkaian instalasi listrik secara otomatis.

2. Bagaimana menghasilkan alat proteksi yang handal dan efisien.

C. Tujuan dan Manfaat

Adapun tujuan yang ingin dicapai pada proyek akhir ini adalah sebagai

berikut:

1. Dapat menjadi alat proteksi jaringan instalasi otomatis yang handal dan efisien

2. Dapat menggantikan fungsi MCB yang digunakan saat ini.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. Pegertian Sistem Proteksi

Sistem proteksi adalah suatu alat yang berfungsi untuk mendeteksi atau

memberikan umpan balik pada suatu keadaan yang normal atau gangguan pada

jaringan instalasi. Secara umum sistem proteksi berfungsi untuk melepaskan

dengan cepat berbagai elemen saat sistem tersebut mengalami gangguan saat

bekerja dalam keadaan normal.

Fungsi dari proteksi juga dapat dikatakan untuk mendeteksi perubahan

parameter sistem, mengevaluasi besar perubahan parameter dan membandingkan

dengan besaran dasar yang telah ditentukan sebelumnya untuk memberi perintah

lebih lanjut pada perlatan untuk melakukan proses switching yang berfungsi untuk

menghubungkan atau memisahkan bagian tertentu dari sistem.

Secara garis besar, fungsi sistem proteksi yaitu :

1. Mendeteksi adanya gangguan atau terjadinya keadaan abnormal pada

bagian sistem yang diamankan,

2. Memberitahukan operator tentang adanya gangguan.

Adanya gangguan yang terjadi dapat menyebabkan antara lain:

1. Kurangnya kestabilan sistem energi listrik

2. Rusaknya peralatan-peralatan elektonik

3. Adanya bunga api akibat hubung singkat

B. MCB

MCB adalah suatu alat listrik yang digunakan sebagai pengaman, pemutus

rangkaian yang bekerja secara otomatis. MCB berfungsi sebagai pengaman arus

beban lebih dan arus hubung singkat pada rangkaian listrik. selain itu MCB juga

dapat berfungsi sebagai saklar tuas bila dioff kan.

Sebagai pemutus pada MCB dipergunakan logam bimetal yakni campuran

dua buah logam yang berbeda koefisien muainya. Jika arus atau tegangan yang

melewatinya melebihi harga nominalnya, maka akan menimbulkan panas yang

akan melengkung memutuskan rangkaian. Jika temperatur saat bimetal memuai

dan belum turun, maka rangkaian akan tetap terbuka apabila MCB tersebut

dinaikkan.

MCB terdiri atas dua macam yaitu sistem satu fasa dan tiga fasa. Pada

sistem tiga fasa, tuasnya digabungkan sehingga jika terjadi gangguan pada salah

satu fasa maka ketiga suplai fasa tersebut akan bekerja memutuskan arus dari

sumber.

Gambar 2.1. Simbol MCB

C. Transformator Ukur

Sebuah transformator ukur bekerja dengan prinsip yang sama dengan

transformator daya tetapi dirancang khusus untuk digunakan bersama-sama

dengan alat ukur listrik untuk memperluas rentang ukur dari amperemeter atau

voltmeter.

Pada dasarnya transformator terdiri dari dua kumparan yang saling

tersekat secara elektrik dan terlilit di atas dua bahan inti biasa yang berbentuk

sirkit magnetis tertutup, sehingga kedua kumparan tadi terhubung secara

berbalasan. Kumparan primer dihubungkan dengan sumber AC dan kumparan

sekunder dihubungkan ke terminal yang menghasilkan tegangan bolak-balik.

Pada dasarnya Trasformator digunakan untuk :

1. Mengubah tegangan tinggi bolak balik, yaitu menaikkan atau

menurunkannya

2. Menyesuaikan impedansi

3. Menggabungkan

4. Menyekat sirkit

Pada Transformator ukur akan dikenakan tegangan dan arus riil yang

mengalir pada rangkaian sementara alat ukur dihubungkan pada belitan sekunder

transformator.

Dengan cara ini maka alat ukur akan mengukur arus atau tegangan yang

lebih kecil tetapi berbanding lurus terhadap arus dan tegangan sesungguhnya

sesuai dengan perbandingan belitan yang digunakan.

Keuntungan penggunaan transformator ukur ini antara lain :

a. Sisi sekunder transformator ukur dililit untuk menghasilkan tegangan

yang lebih rendah sehingga dapat menyederhanakan isolasi untuk

peralatan pengukuran yang digunakan serta membukanya menjadi

lebih aman.

b. Transformator sekaligus berfungsi juga untuk mengisolasi alat ukur

dari rangkaian utama sehingga antara rangkaian ukur dan rangkaian

listrik utama tidak terdapat hubungan listrik langsung.

c. Peralatan ukur dapat dibaca melalui jarak jauh dari posisi yang aman

dengan menggunakan kawat penghubung yang panjang untuk

menghubungkan alat ukur dan transformator ukur.

d. Tegangan sekunder atau arus sekunder dapat distandarisasi (biasanya

110 V dan 5 A) yang akan menyederhanakan perubahan alat ukur.

Sesuai dengan fungsinya, maka Transformator ukur terbagi dua yakni;

1. Transformator Tegangan

Konstruksi dari sebuah transformator tegangan (VT) adalah serupa dengan

transformator daya. Belitan sekunder dari transformator tegangan ini dihubungkan

dengan alat ukur voltmeter. Transformator tegangan dioperasikan sebagai penurun

tegangan. Belitan primer memiliki jumlah lilitan yang jauh lebih besar daripada

belitan sekunder karena :

………………………………………………….(2.1)

Pembacaan voltmeter harus dikalikan dengan rasio lilitan untuk

menentukan tegangan beban.

2. Transformator Arus

Transformator arus digunakan untuk mengukur arus beban suatu

rangkaian. Dengan menggunakan transformator arus maka arus beban yang

besar dapat diukur dengan menggunakan alat ukur (ammeter) yang tidak terlalu

besar.

Operasi dari sebuah transformator arus (CT) berbeda dengan transformator

daya meskipun prinsip-prinsip dasar transformator tetaplah sama.

Belitan sekunder dari transformator arus memiliki jumlah lilitan yang

banyak yang terhubung pada amperemeter. Amperemeter biasanya di standarisasi

pada nilai 1 A atau 5 A sehingga rasio transformator dipilih agar arus sebesar 1 A

atau 5 A mengalir pada belitan sekunder ketika rangkaian listrik utama yang

terhubung dengan sisi primer transformator arus mengalirkan arus beban penuh.

Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut :

Belitan primer hanya memiliki beberapa lilitan saja dan dalam beberapa

kasus tertentu arus-arus besar yang akan diukur cukup dialirkan melalui satu

lilitan saja.

Trafo arus dalam rangkaian proyek akhir ini berfungsi sebagai sensor

Arus yang gunanya untuk mendeteksi arus yang lewat pada jaringan.

………………………………………………….(2.2)

Rangkaian sensor arus ini menggunakan sifat dari prinsip induktansi dan

sebuah induktansi yang dialiri oleh arus yang besar akan menghasilkan beda

potensial dari kedua ujung lilitan.

Jika seutas tembaga diberi aliran listrik, maka sekeliling kawat

tembaga akan terbentuk medan listrik. Dengan aturan tangan kanan dapat

diketahui arah medan listrik terhadap arah arus listrik. Caranya sederhana

yaitu dengan mengacungkan jari jempol tangan kanan sedangkan keempat jari

lain menggenggam. Arah jempol adalah arah arus dan arah keempat jari lain

adalah arah medan listrik yang mengitarinya.

Gambar 2.2. Arah medan magnet

Dengan adanya medan magnet tersebut maka dimanfaatkan untuk

menghasilkan beda potensial yang terjadi pada induksi tersebut. Beda potensial

yang terjadi dari kedua ujung kumparan yang dililitkan pada sebuah ferit yang

berbentuk selenoid yang ditengahnya terdapat kawat yang dilaliri arus listrik

maka terjadilah beda potensial. Semakin besar arus yang dilewati kawat

tersebut semakin besar pula beda potensial yang terjadi dikedua ujung kawat

tersebut. Untuk lebih jelasnya lihat gambar berikut :

Gambar 2.3. Sensor arus

D. Dioda

Dioda adalah komponen semikonduktor yang mengalirkan arus satu arah

saja. Dioda terbuat dari germanium atau silikon yang lebih dikenal dengan dioda

junction. Ada banyak tipe dioda menurut karakteristik operasi dan aplikasinya

misalnya dioda Zener, dioda pemancar cahaya (Light Emitting Diode, LED) dan

lain-lain.

Gambar 2.4. Simbol dan bentuk dioda

Struktur dari dioda ini, sesuai dengan namanya, adalah sambungan antara

semikonduktor tipe P dan semikonduktor tipe N. Semikonduktor tipe P berperan

sebagai anoda dan semikonduktor tipe N berperan sebagai katoda. Dengan

struktur seperti ini arus hanya dapat mengalir dari sisi P ke sisi N.

Sambungan PN bagian P konsentrasi lubangnya lebih besar dibandingkan

dengan konsentrasi lubang bagian N, sebaliknya konsentrasi elektron di bagian N

lebih besar dibandingkan dengan di bagian P. karena perbedaan konsentrasi

pembawa muatan tadi, mengakibatkan terjadi peristiwa difusi lubang dari bagian

P ke N dan elektron dari bagian N ke P.

Sesaat setelah lubang masuk ke bagian N yang kaya akan elektron, maka

terjadi rekombinasi (penggabungan kembali) antara lubang dan elektron.

Demikian pula halnya elektron yang masuk ke bagian P yang kaya akan lubang

akan segera bergabung dengan lubang.

Sehingga hasil rekombinasi ini menyebabkan daerah di sekitar sambungan

menjadi kekurangan pembawa muatan dan disebut daerah deplesi (kekurangan)

atau daerah muatan ruang (space charge region) atau daerah transisi.

Gambar 2.5. Diagram skematis sambungan PN

1. Forward Bias (Prasikap Maju)

Pada kondisi forward bias ini diperoleh dengan menghubungkan

bagian P dengan kutup positif sedangkan bagian N pada kutup negatif

sehingga arus yang melewati dioda menjadi besar.

Gejala ini terjadi karena elektron-elektron di sisi N mendapat

tambahan energi sehingga mereka mampu menyebrangi junction. Selanjutnya

masuk kedalam hole dan menjadi elektron valensi. Perjalanan elektron valensi

berlanjut hingga ke ujung sisi P dan meninggalkan sisi P lalu mengalir ke

dalam kutub positif sumber. Terjadilah arus listrik.

(a) (b)

Gambar 2.6. a) Sambungan PN diberi prasikap maju,b) Simbol dioda sambungan PN yang mendapat prasikap maju

2. Reverse Bias (Prasikap Balik)

Kondisi reverse ini diperoleh dengan menghubungkan bagian P

dengan kutup negatif dan bagian N dengan kutup positif sehingga, bias

elektron pada sisi N menjauhi junction. Begitu pula dengan hole pada sisi P.

Akibatnya daerah pengosongan menjadi makin lebar dan beda potensialnya

semakin tinggi.

Akhirnya beda potensial pada lapisan pengosongan sama dengan beda

potensial sumber. Pada saat itu elektron dan hole berhenti bergerak serta tidak

terjadi arus listrik.

Pada frekuensi rendah dioda-dioda yang biasa dapat dengan mudah

terputus (turn off) bila pra tegangannya berubah dari maju ke balik.

Tetapi bila frekuensinya naik, dioda mencapai titik di mana ia tak

dapat terputus dengan cukup cepat untuk menghindari arus yang cukup besar

selama sebagian dari setengah siklus balik.

(a) (b)

Gambar 2.7. a) Sambungan PN diberi prasikap balik,b) Simbol dioda sambungan PN yang mendapat prasikap balik

Dengan menggunakan sifat yang dimiliki oleh dioda yaitu, perlawanan

yang maju sangat kecil dan perlawanan terbalik yang sangat tinggi maka pada

perancangan kali ini, digunakan pula dioda sebagai pelindung pada saat

mensaklarkan arus listrik ke beban-beban yang memiliki induktansi tinggi. Beban

induktif yang digunakan yakni relay. Posisi dioda sebagai pelindung dapat dilihat

pada gambar berikut:

Gambar 2.8. Dioda sebagai pelindung transistor

Dioda tersebut akan mengalirkan dan membuang arus berlebihan secara

aman saat terputusnya arus ke transistor.

E. Transistor

Transistor merupakan komponen aktif dengan arus, tegangan atau daya

keluarannya dikendalikan oleh arus masukan.

Transistor mempunyai tiga terminal elektroda yakni, basis, kolektor, dan

emitor. Penamaan transistor tersebut didasari oleh prinsip kerjanya, yaitu

mentransfer atau memindahkan arus.

Dalam beberapa keadaan transistor dapat digunakan dengan berbagai

fungsi seperti, dalam sistem komunikasi, transistor dipergunakan sebagai penguat

untuk memperkuat sinyal, sedangkan dalam untai elektronis komputer transistor

digunakan sebagai saklar elektronis laju tinggi.

Pada perancangan rangkaian tugas akhir ini akan digunakan transistor

sebagai fungsi saklar elektronis. Hal ini dikarenakan saklar elektronis mempunyai

beberapa kelebihan yaitu:

1. Tidak memakan banyak tempat

2. Tidak bisa aus

3. Dapat bekerja jauh lebih cepat

4. Hanya memerlukan tenaga yang sangat kecil

Transistor Sebagai Saklar

Seperti halnya pada saklar mekanik, fungsi transistor sebagai saklar juga

memiliki dua keadaan, yaitu on dan off. Keadaan ini menggunakan titik cutoff dan

titik jenuh transistor. Jika transistor dipergunakan pada dua titik tersebut berarti

transistor dipakai sebagai saklar. Kedua keadaan tersebut dapat dilihat pada grafik

output di bawah ini,

Gambar 2.9. Grafik karakteristik output transistor

Transistor memiliki tiga terminal semikonduktor pada satu terminal dan

banyak dibuat dari bahan silikon. Tiga kaki yang berlainan membentuk transistor

bipolar, yaitu emitor, basis dan kolektor. Mereka dapat dikombinasikan menjadi

transistor berjenis N-P-N atau P-N-P.

(a) (b)

Gambar 2.10. a) Konstruksi & Simbol Transistor Bipolar NPN (kanan) b) Konstruksi & Simbol Transistor Bipolar PNP (kiri)

Tanda anak panah menunjukkan arah aliran arus, bila emitter-basis diberi

prasikap maju. Bila transistor tidak diberikan prasikap (terbuka) maka semu arus

di dalam transistor adalah nol.

Pada rangkaian saklar elektronik, sinyal inputnya berlogika 1 (5 volt) atau

0 (0 volt). Nilai ini selalu dipakai pada basis transistor dengan kolektor dan emitor

sebagai penghubung untuk pemutus (short) atau sebagai pembuka rangkaian

(open circuit).

Aturan/prosedur transistor adalah sebagai berikut:

1. Pada transistor NPN, pemberian tegangan positif dari basis ke emitor

menyebabkan kolektor dan emitter terhubung singkat sehingga transistor

aktif (on). Memberikan tegangan negatif atau 0 volt dari basis ke emitor

menyebabkan hubungan kolektor dari emitor terbuka atau transistor mati

(off).

2. Pada transistor PNP, memberikan tegangan negatif dari basis ke emitor

akan menyalakan transistor (on), sedangkan memberikan tegangan positif

atau 0 volt dari basis ke emitor akan membuat transistor mati (off).

Dalam mendesain fungsi transistor sebagai saklar, maka suatu pedoman

desain untuk saturasi adalah mempunyai arus basis kira-kira sepersepuluh dari

harga saturasi arus kolektor.

Supaya transistor berada dalam keadaan saturasi pada saat on, arus basis

(IB) transistor haruslah lebih besar atau sama dengan IB (sat). Pada saat arus basis

IB transistor menjadi nol, transistor akan off dalam keadaan cutoff.

Pada Rangkaian interface dalam rangkaian proyek akhir ini, juga

menggunakan transistor sebagai saklar dari beban relay. Transistor menggunakan

jenis NPN dan sebuah relay yang akan mengontrol beban. Untuk lebih jelasnya

dapat dilihat gambar berikut :

Gambar 2.11. Rangkaian interface dengan beban relai

Untuk mengaktifkan relay didapatkan rumus sebagai berikut :

I relay = VVcc ............................................................................ (2.1)

R relay

IB = I relay ............................................................................ (2.2)

hfe

F. Relay

Relay merupakan saklar magnetis yang menghubungkan rangkaian beban

ON atau OFF dengan pemberian tegangan pada kumparannya sehingga

menghasilkan energi elektromagnetis yang membuka atau menutup kontak pada

rangkaian. Relay dalam pemakaiaannya memiliki karakteristik sebagai berikut:

1. Perlawanan kumparan ditentukan oleh tebal kawat dan banyaknya lilitan,

perlawanan ini dapat berharga 1 ohm sampai 50 Kilo ohm.

2. Kuat arus yang diperlukan untuk mengaktifkan relay tergantung besar

kecilnya perlawanan kumparan. Kepekaan relay dinyatakan dalam ampere

perlilitan. Misalnya 50 A/lilitan, ini berarti pula 50 ampere dalam 100

lilitan.

3. Tegangan yang diperlukan untuk mengaktifkan relay, adalah besarnya arus

yang melewati kumparan dikali dengan besarnya perlawanan ohm

kumparan relay.

4. Jarak antara kontak-kontak menentukan tinggi tegangan maksimum yang

boleh ada di antara kontak-kontak.

5. Ada pula relay yang dapat melepas dan menutup lebih dari satu kontak

sekaligus.

Adapun simbol relay yakni,

Gambar 2.12. Simbol Relai

Relay mempunyai variasi aplikasi yang luas baik digunakan pada kontrol

dari kran, daya, cairan dan banyak kontrol urutan mesin, misalnya operasi

pemboran tanah, pemboran pelat, penggilingan dan pengerindaan.

Relay biasanya hanya mempunyai satu kumparan, tetapi relay dapat

mempunyai beberapa kontak. Relay elektromagnetis berisi kontak diam dan

kontak bergerak. Kontak yang bergerak dipasangkan pada plunger. Kontak

ditunjuk sebagai normaly open (NO) dan normaly close (NC). Apabila kumparan

diberi tenaga, terjadi medan elektromagnetis. Aksi pada medan pada gilirannya

menyebabkan plunger bergerak pada kumparan menutup kontak NO dan

membuka kontak NC.

Kontak normaly open akan membuka ketika tidak ada arus mengalir pada

kumparan, tetapi tertutup secepatnya setelah kumparan menghantarkan arus atau

diberi tenaga. Kontak normaly close akan tertutup apabila kumparan tidak diberi

daya dan membuka ketika kumparan diberi daya.

Kelebihan yang dimiliki oleh relay dikarenakan, relay yang bekerja

dengan arus dan tegangan yang kecil dapat mengoperasikan peralatan yang

menggunakan arus dan tegangan yang besar.

G. Optocoupler

Optocoupler atau biasa disebut optoisolator, merupakan perangkat

elektronika yang mampu mengubah besaran cahaya yang datang menjadi besaran

listrik. Optocoupler dibentuk dalam satu kemasan plastik yang terdiri atas dua

buah komponen yaitu, komponen LED dan Fototransistor.

Di dalam kemasan ini, LED ditempatkan berhadapan dengan

fototransistor, jika LED diberi arus , maka LED tersebut memancarkan cahaya

yang mencapai fototransistor, sehingga fototransistor menjadi (On) dan jika LED

tidak diberi arus maka LED tersebut tidak menghasilkan cahaya, sehingga

mengakibatkan fototransistor menjadi (Off).

Keuntungan utama dari Optocoupler yaitu adanya isolasi listrik antara

rangkaian input dan output, sehingga dapat digunakan pada dua sistem yang

memiliki impedansi atau besar arus dan tegangan yang berbeda.

Gambar 2.13. Optocoupler

Keterangan gambar :

Pin 1. Anoda 4. Emiter

2. Katoda 5. Kolektor

3. Kontak NO 6. Basis

Keuntungan besar dari optocoupler adalah adanya isolasi listrik (elektrical

isolation) antara rangkaian input dan output. Dinyatakan dengan cara lain, bahwa

common untuk rangkaian input berbeda dengan common untuk rangkaian output.

Karena itu, tidak ada bagian yang konduktif antara dua rangkaian tersebut, ini

berarti bahwa anda dapat mengground salah satu dari rangkaian tersebut,

sedangkan rangkaian yang lain dibuat mengambang. Sebagai contoh, rangkaian

input dapat ditanahkan pada casis (chassis) dari peralatan, sementara common dan

bagian output tidak ditanahkan.

Adapun kelebihan yang dimiliki optocoupler ialah pemisahan secara listrik

antara rangkaian masuk dan rangkaian keluarnya. Dengan optocoupler, hubungan

yang ada antara masukan dan keluaran hanya seberkas cahaya. Karena hal ini, kita

dapat memperoleh resistansi penyekatan di antara dua rangkaian itu dalam ribuan

mega ohm. Pemisahan seperti ini kebetulan dibutuhkan dalam pemakaian-

pemakaian bertegangan tinggi yang potensial diantara dua rangkaian itu dapat

berbeda sampai beberapa ribu volt.

H. Kapasitor

Kapasitor (Kondensator) yang dalam rangkaian elektronika dilambangkan

dengan huruf "C" adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi/muatan listrik

di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal

dari muatan listrik. Kapasitor ditemukan oleh Michael Faraday (1791-1867).

Satuan kapasitor disebut Farad (F). Satu Farad = 9 x 1011 cm2 yang artinya luas

permukaan kepingan tersebut.

Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan

oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya

udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi

tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu

kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif

terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir

menuju ujung kutub negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke

ujung kutub positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif.

Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung

kakinya. Di alam bebas, fenomena kapasitor ini terjadi pada saat terkumpulnya

muatan-muatan positif dan negatif di awan.

Bila kapasitor dihubungkan ke baterai kapasitor terisi hingga beda

potensial antara kedua terminal sama dengan tegangan baterai. Jika baterai

dicabut, muatan-muatan listrik akan habis dalam waktu yang sangat lama,

terkecuali bila sebuah konduktor dihubungkan pada kedua terminal kapasitor.

Kapasitansi sebuah kapasitor adalah kemampuan kapasitor untuk

menyimpan muatan listrik. Kapasitansi diukur dengan satuan farad. Kapasitansi

bergantung pada luas permukaan keping dan dielektrik yang digunakan.

Kapasitansi akan besar jika luas permukaan keping besar. Dengan kata lain

kapasitansi berbanding lurus dengan luas permukaan keping dan berbanding

terbalik dengan jarak antara dua keping sejajar.

Gambar 2.14. Prinsip Dasar Kapasitor

Bila rangkaian kapasitor dipasang secara seri maka akan mengakibatkan

nilai kapasitansi total semakin kecil. Di bawah ini contoh kapasitor yang dirangkai

secara seri.

Gambar 2.15. Kapasitor seri

Pada rangkaian kapasitor yang dirangkai secara seri berlaku rumus :

………………………………………….(2.1)

Rangkaian kapasitor secara paralel akan mengakibatkan nilai kapasitansi

pengganti semakin besar. Di bawah ini contoh kapasitor yang dirangkai secara

paralel.

Gambar 2.16. Kapasitor Paralel

Pada rangkaian kapasitor paralel berlaku rumus :

………………………………….(2.2)

Fungsi penggunaan kapasitor dalam suatu rangkaian :

1. Sebagai kopling antara rangkaian yang satu dengan rangkaian yang lain

2. Sebagai filter dalam rangkaian PS

3. Sebagai pembangkit frekuensi dalam rangkaian antena

4. Untuk menghemat daya listrik pada lampu neon

5. Menghilangkan bouncing (loncatan api) bila dipasang pada saklar.

Kapasitor terdiri dari beberapa tipe, tergantung dari bahan dielektriknya.

Untuk lebih sederhana dapat dibagi menjadi 3 bagian, yaitu kapasitor

electrostatic, electrolytic dan electrochemical.

I. 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 Ohm diketahui, resistansi berbanding terbalik dengan

jumlah arus yang mengalir melaluinya. Satuan resistansi dari suatu resistor

disebut Ohm atau dilambangkan dengan simbol W (Omega).

Untuk menyatakan resistansi sebaiknya disertakan batas kemampuan

dayanya. Berbagai macam resistor dibuat dari bahan yang berbeda dengan sifat-

sifat yang berbeda. Spesifikasi lain yang perlu diperhatikan dalam memilih resitor

pada suatu rancangan selain besar resistansi adalah besar watt-nya. Karena resistor

bekerja dengan dialiri arus listrik, maka akan terjadi disipasi daya berupa panas

sebesar W=I2 R watt.

Semakin besar ukuran fisik suatu resistor bisa menunjukkan semakin besar

kemampuan disipasi daya resistor tersebut. Resistor dalam teori dan prakteknya di

tulis dengan perlambangan huruf R. Nilai hambatan resistor di sebut resistansi.

1. Jenis-jenis Resistor

Berdasarkan jenis dan bahan yang digunakan untuk membuat resistor

dibedakan menjadi resistor kawat, resistor arang dan resistor oksida logam.

Namun demikian dalam perdagangan resistor-resistor tersebut

dibedakan menjadi resistor tetap (fixed resistor) dan resistor variabel.

Pengunaan untuk daya rendah yang paling utama adalah jenis tahanan tetap

yaitu tahanan campuran karbon yang dicetak. Ukuran relatif semua tahanan

tetap.

Tahanan yang berubah-ubah, seperti yang tercantum dari namanya,

memiliki sebuah terminal tahanan yang dapat diubah harganya dengan

memutar dial, knob, ulir atau apa saja yang sesuai untuk suatu aplikasi.

Mereka bisa memiliki dua atau tiga terminal, akan tetapi kebanyakan

memiliki tiga terminal. Jika dua atau tiga terminal digunakan untuk

mengendalikan besar tegangan, maka biasanya di sebut potensiometer.

2. Karakteristik Berbagai Macam Resistor

Karakteristik berbagai macam resistor dipengaruhi oleh bahan yang

digunakan. Resistansi resistor komposisinya tidak stabil disebabkan pengaruh

suhu, jika suhu naik maka resistansi turun. Resistansi sebuah resistor

komposisi berbeda antara kenyataan dari resistansi nominalnya.

Suhu memiliki pengaruh yang cukup berarti terhadap suatu hambatan.

Di dalam penghantar ada elektron bebas yang jumlahnya sangat besar sekali,

dan sembarang energi panas yang dikenakan padanya akan memiliki dampak

yang sedikit pada jumlah total pembawa bebas. Kenyataannya energi panas

hanya akan meningkatkan intensitas gerakan acak dari partikel yang berada

dalam bahan yang membuatnya semakin sulit bagi aliran elektron secara

umum pada sembarang satu arah yang ditentukan. Hasilnya adalah untuk

penghantar yang bagus, peningkatan suhu akan menghasilkan peningkatan

harga tahanan.

Gambar 2.17. Simbol Resistor Tetap

Gambar 2.18. Simbol Resistor Trimpot

Gambar 2.19. Simbol Resistor Potensiometer

BAB III

PERANCANGAN ALAT PROTEKSI SECARA OTOMATIS

A. Blok Diagram

Sumber arus dari PLN dan tegangan operasi didapatkan oleh rangkaian

power supplay dengan tegangan 12 vdc, pada saat beban terhubung pada

rangkaian, sensor akan mendeteksi pemakaian arus terhadap beban dengan output

berupa tegangan yang keluar dari sensor arus dan diperbaharui oleh beban.

Dengan keadaan yang demikian rangkaian driver akan bekerja bila terjadi

perubahan tegangan referensi yang telah ditentukan. Apabila keadaan

mengharuskan untuk memutuskan beban dalam hal ini beban tidak sesuai dengan

arus yang ditentukan maka rangkaian interface akan mengaktifkan relay, sehingga

supply tegangan dialirkan kerangkaian interface untuk kembali mengunci relay.

Dengan demikian skema blok diagram dapat dilihat di bawah ini :

Gambar 3.1. Blok Diagram

B. Gambar Rangkaian Lengkap dan Flowchart

Gambar 3.2. Diagram rangkaian

Gambar 3.3. Flowchart

C. Prosedur Kerja

YA

YA

TIDAK

TIDAK

START

LAMPU DAN ALAT ELEKTRONIK BEKERJA

BEBAN LEBIH

SYSTEM KELISTRIKAN TERPUTUS

LAMPU DAN ALAT ELEKTRONIK TIDAK BEKERJA

BEBAN NORMAL

END

Secara umum rancang bangun rangkaian proteksi pada instalasi rumah tangga secara

otomatis mempunyai tahapan-tahapan sebagai berikut :

1. Perencanaan pembuatan diagram alur perencanaan

2. Mempersiapkan alat dan bahan

3. Pemasangan komponen

4. Penyolderan komponen

5. Uji coba rangkaian dan analisa data

D. Prosedur Pengujian

Setelah rancang bangun maka dilakukan pengujian pada rangkaian tersebut. Pengujian

dibagi menjadi 2 tahapan, yaitu Pertama keluaran pada rangkaian sensor arus dan kedua

pengujian pada rangkaian interface yang dihubungkan dengan beban.

1. Pengujian pada Rangkaian Sensor Arus

Langkah-langkah yang dilakukan untuk menguji rangkaian sensor arus adalah sebagai

berkut :

a) Menggunakan rangkaian sensor arus berupa trafo current.

b) Melepaskan hubungan dengan rangkaian lainnya

c) Pengujian rangkaian sensor arus.

d) Memeriksa tegangan keluaran pada rangkaian.

e) Mengambil data keluaran pada rangkaian

2. Pengujian pada rangkaian interface

Langkah-langkah yang dilakukan untuk menguji rangkaian interface adalah:

a) Menggunakan rangkaian interface

b) Menghuungkan rangkaian lainnya.

c) Memeriksa tegangan masukan pada transistor pada rangkaian driver.

d) Memeriksa tegangan jatuh pada relay.

e) Mengambil data tegangan pada kaki transistor.

E. Alat dan Bahan

1. Alat

Multimeter 1 Buah

Solder 1 Buah

Timah 1 Rol

Solder pump 1 Buah

Pelubang / Bor 0,5mm 1 buah

Tang potong 1 Buah

Tang Lancip 1 Buah

2. Bahan

Transformator 12 v/100 mA 1 Buah

Ampere Meter 1 Buah

Transformator arus (CT) Type MFO 100 H&G 1 Buah

Kabel Secukupnya

Relay 8 pin 5 A 1 Buah

Papan PCB Matrix 1 Buah

Saklar 8 Buah

Transistor C1573 2 buah

Transistor C1815 1 Buah

Capasitor 2200µf, 35 V 1 Buah

Capasitor 100n/400v 3 buah

Resistor 150K ohm 2 Buah

Resistor 5K6 ohm 1 Buah



Resistor 1M ohm 1 Buah

Dioda IN4002 2 Buah

Dioda Brigde 2 A 2 Buah

Optocoupler (TLP621) 1 Buah

IC AN7812 1 Buah

Potensiometer 50 K ohm 1 Buah

Banana plug 2 Set

Fitting duduk 7 Buah

Stop kontak 1 Buah

Lampu Pijar 5 Watt 1 Buah






Lampu TL 18 Watt 1 Buah

IC LM741 1 Buah

Fiber 2,5 mm 1 Lembar

BAB IV

PENGOPERSIAN DAN ANALISIS DATA

A. Pengoperasian

1. Power Supply

Power supply seperti yang terlihat pada gambar diagram rangkaian, gambar 3.2,

yakni menggunakan transformator jenis engkel dengan sebuah dioda jembatan dan

menggunakan IC AN 7812 yang keluaran tegangan IC tersebut adalah 12 Vdc. Tegangan

Dc diperoleh dari penyearah gelombang dan tegangannya dapat ditentukan, diukur atau

dihitung.

Dari gambar di atas terlihat bahwa, input tegangan sebesar 220 Volt diturunkan

oleh transformator sehingga menghasilkan output sebesar 12 Volt. Selanjutnya akan

diteruskan oleh dioda jembatan yang keduanya dipasang pada sisi berlawanan dan akan

menghantarkan setiap siklus yang berbeda-beda. Dengan adanya kapasitor sehingga

tegangan output tetap berada atau mendekati tegangan puncak, sedangkan IC regulator AN

7812 yakni agar tegangan tetap pada posisi konstan 12 Vdc. Tegangan DC diperoleh dari

penyearah gelombang penuh dan tegangan DC dapat ditentukan, diukur atau dihitung.

Dari gambar rangkaian terlihat input dengan tegangan 220 V diturunkan oleh

tansformator sehingga menghasilkan tegangan 12 V. Ditambah dengan IC regulator AN

7812 untuk memastikan tegangan tetap pada posisi 12 Vdc

2. Rangkaian Pengunci

Rangkaian pengunci ini menggunakan optocoupler sebagai pengunci relay.

Dengan menggantikan posisi beban jika terjadi overload, sehingga relay dalam keadaan

on. Jika keadaan demikian “overload” maka tegangan 220 V tersebut akan dialirkan ke

optocoupler sehingga LED dalam optocoupler tersebut mengeluarkan cahaya yang akan

membias transistor tersebut sehingga mempengaruhi nilai tahanan kolektor mendekati nol

sehingga mengakibatkan transistor C1815 on dan mengaktifkan relay 2.

3. Beban (Load)

Beban yang digunakan dalam simulasi rangkaian ini bervariasi dengan

menggunakan beban campuran yakni R, L dan Motor. Untuk beban (R) adalah lampu pijar

dengan daya yang bervariasi, beban (L) lampu TL dan beban motor dengan menggunakan

mesin pompa air dan kipas angin.

B. Pengujian Rangkaian

Setelah semua komponen terpasang dan penyolderan komponen telah dilakukan maka

langkah berikutnya adalah melakukan pengujian alat. Pengujian ini dilakukan secara bertahap

dari satu rangkaian ke rangkaian berikutnya.

1. Pengujian Rangkaian Sensor Arus

Rangkaian Sensor Arus berupa trafo current yang diuji dengan melepaskan

hubungan dengan rangkaian lainnya, setelah itu sensor arus dihubungkan dengan beban.

Hasil pengujian yang ingin didapatkan yakni respon dari sensor arus berupa tegangan

output terhadap beban yang dihubungkan. Maka dari itu pengujian sensor arus dilakukan

beberapa kali dengan besaran beban bervariasi.

Tabel 1. Pengamatan Output trafo arus dengan variasi beban

No Besaran Arus (A)

Teg. Output Trafo Arus (V)

Ket(Kondisi Relay Pemutus)

1 0,5 0 Belum Bekerja2 1 0,25 Belum Bekerja

3 1,5 0,42 Belum Bekerja4 2 0,70 Bekerja5 2,5 1 Bekerja6 3 1,7 Bekerja7 3,5 3 Bekerja8 4 4 Bekerja

Gambar 4.1. Grafik Pengamatan Output trafo arus dengan variasi beban

2. Pengujian Rangkaian Driver

Pengujian rangkaian driver bertujuan untuk mengetahui besaran tegangan kerja

yang dibutuhkan, maka dari itu pada percobaan kali ini juga dilakukan pengujian dengan

variasi beban dengan tujuan tegangan output trafo arus juga akan bervariasi sehingga

akan diketahui tegangan kerja yang dibutuhkan oleh rangkaian driver untuk beroperasi.

Tabel 2. Pengamatan Tegangan Kerja Rangkaian Driver (potensio kondisi lepas)

No Besaran Arus (A)

Teg. Pada Rangkaian Driver (V)

Ket(Kondisi Relay Pemutus)

1 0,5 0 Belum Bekerja

2 1 0,25 Belum Bekerja3 1,5 0,42 Belum Bekerja4 2 0,65 Bekerja5 2,5 0,65 Bekerja6 3 0,7 Bekerja7 3,5 0,65 Bekerja8 4 0,65 Bekerja

Gambar 4.2. Grafik Pengamatan Tegangan Kerja Rangkaian Driver

3. Pengujian Alat Pada Variasi Jenis Beban

Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan berbagai jenis beban yakni, R, L dan

Motor. Sesuai dengan beban yang biasanya di jumpai dalam instalasi rumah tangga.

Potensiometer terlebih dahulu di set ke posisi tahanan penuh (ke kiri). Berbagai

jenis beban berupa lampu pijar (R), lampu TL (L) serta Motor Pompa Air dan Kipas

Angin dihubungkan ke alat dan melakukan pengujian dengan besaran arus beban

bervariasi mulai dari 2A, 3A dan 4A.

Setelah mendapatkan besaran arus beban yang diinginkan maka potensiometer

perlahan-lahan disetting ke posisi tahanan minimum (ke kanan) dan alat ukur diletakkan

pada rangkaian driver.

Gambar 4.3. Pengukuran dengan Variasi Beban

Pada pengetesan dengan menggunakan fariasi jenis beban digunakan dua jenis alat

ukur seperti, ampere meter dan volt meter. Alat ukur ampere meter di hubung seri

dengan beban sedangkan volt meter dihubungkan paralel dengan beban, sesuai dengan

terlihat pada gambar 4.4. di atas.

Tabel 3. Pengetesan Dengan Variasi Jenis Beban

Beban I (Arus Beban 2A)

Beban (R) Beban (L) Beban Motor

Lampu Pijar 15 WLampu Pijar10 W

Lampu Pijar 200 W

Lampu TL 18 W Kipas AnginPompa Air


Bebab II (Arus Beban 3A)


Lampu Pijar 15 WLampu Pijar100 WLampu Pijar 200 WLampu Pijar 250 W



Beban III (Arus Beban 4A)


Lampu Pijar 15 WLampu Pijar100 WLampu Pijar 200 WLampu Pijar 200 WLampu Pijar 250 W


Saat potensio di setting ke kanan atau semakin ke posisi memperkecil nominal

tahanannya maka tegangan yang terbaca pada rangkaian driver akan semakin meningkat

hingga pada tegangan 0,45V rangkaian driver akan bekerja mengaktifkan relay dan

memutuskan beban.

Untuk merubah besaran beban kerja alat ini maka dilakukan penyettingan dengan

menggunakan potensiometer dengan berpatokan pada tegangan kerja rangkaian driver

yakni 0,45 volt.

Tabel 6. Pengujian dengan Variasi Beban

Jenis Beban Arus (A) Tegangan (V) Kecepatan Memutus

Beban I

Beban II

Beban III

2

3

4

220

220

220

0,8 detik

0,8 detik

0,8 detik

4. Analisa waktu Putus

Berdasarkan data yang diperoleh, kecepatan waktu kerja (memutus) rangkaian

pada saat terjadi beban lebih adalah 0,8 detik atau kurang lebih sama dengan waktu putus

yang dibutuhkan oleh pemutus sejenis MCB.

BAB V

PENUTUP

A. Kesimpulan

Berdasarkan dari alat yang telah dibuat maka dapat ditarik beberapa kesimpulan

yaitu :

1. Rangkaian ini dirancang untuk bekerja secara otomatis baik dalam mengamankan

jaringan instalasi, maupun dalam menyambungkan kembali jaringan instalasi bila

gangguan telah hilang.

2. Besaran tegangan output trafo arus berbanding lurus dengan besaran arus beban yang

melewati rangkaian sensor arus.

3. Tegangan kerja rangkaian driver yaitu pada 0.45V sehingga bila hendak dilakukan

perubahan besaran beban yang akan dilayani oleh alat ini, maka terlebih dahulu

dilakukan penyettingan besar tahanan pada potensiometer agar tegangan pada basis

transistor menjadi 0,42V.

4. Waktu pemutusan rangkaian yang disebabkan oleh gangguan hubung singkat maupun

beban lebih kurang lebih sama karena diputuskan oleh satu relay yang sama.

5. Pengujian rangkaian dilakukan secara bertahap dari satu rangkaian ke rangkaian

berikutnya. Adapun jenis pengujian rangkaian sebagai berikut :

a. Pengujian Rangkaian Sensor Arus,

b. Pengujian Rangkaian Driver,

c. Pengujian Alat Pada Variasi Jenis Beban.

B. Saran

1. Untuk pengembangan komponen alat ini, komponen yang dapat diganti harus

memiliki kesamaan fungsi dalam pemakaiannnya serta lebih efisien dalam hal ukuran

dan biaya. Dan dapat pula di kombinasikan dengan menggunakan komponen lainnya

seperti, timer relay, kontaktor dll.

2. Untuk kelemahan alat ini yaitu terletak pada pengukurannya, karena hanya

bisa melayani beban maksimum 4A. Jadi, untuk kedepannya jika ada yang ingin

mengembangkan alat ini agar dapat menambahkan bebannya melebihi dari 4A.

3. Untuk pengembangan kedepannya diharapkan menggunakan

mikrokontroller.

DAFTAR PUSTAKA

Berahim, Hamzah Ir. 1991. Pengantar Teknik Tenaga Listrik. Yogyakarta: Andi Offset.

Kadir Abdul. 1989. Transformator. Jakarta : PT.Elex Media Komputindo.

Fitzgerald, A.E. dkk. 1985. Dasar – Dasar Elektro Teknik. Jakarta: Erlangga.

Arismunandar, A. dkk. 1997. Buku Pegangan Teknik Tenaga Listrik. Jakarta : Pradnya Pramita.

Electrical Team. 2000. Electrical II. Jakarta. PT.United Tractors.

Chattopadhyay, D. dkk, Dasar Elektronika,Penerbit Universitas Indonesia, Jakarta:1989.

Sri Widodo, Thomas Ir DR. 2002. Elektronika Dasar. Jakarta: Salemba Teknika.

Ahmad jayadin.2007. Ilmu Elektronika. Jakarta.

Depari, Ganti.1996. Teori Rangkaian Elektronika. Bandung: Sinar Baru.

Musa.2008.Komponen-komponen Elektronika. (http://p_musa.staff.gunadarma.ac.id /Downloads/files/8048/Komponen.pdf diakses 12 Januari 2009).

Wicaksono Handy.2008.Catatan Kuliah ”Automasi 1”.( http://learnautomation. files.wordpress.com/2008/06/modul-keseluruhan-automasi-1-1-bab-2.pdf di akses 12 januari 2009)

http://WWW.id.wikipedia.org

http://www.tpub.com/content/

http://www.tpub.com/content/

http://WWW.id.wikipedia.org/

Documents

Rancang Bangun Alat Proteksi Otomatis Pada Instalasi Listrik Rumah Tangga