## RANCANG BANGUNG SISTEM OTOMASI PERBAIKAN KUALITAS DAYA SKALA RUMAH TANGGA
Angga Pratama Lifere 1 , Nursalim 2 , Evtaleny R. Mauboy 3
1,2,3 Teknik Elektro Universitas Nusa Cendana, Jalan Adisucipto Penfui Kupang NTT,
Email: aplifere@gmail.com, Email: nursalim@staf.undana.ac.id, Email: rollanboy@yahoo.com Info Artikel ABSTRACT Histori Artikel: Diterima Feb 12, 2020 Direvisi Mar 12, 2020 Disetujui Mar 25, 2020
Low  power  factor  in  a  particular  electrical  system  in  household  scale  customers  can result in a decrease in the quality of electric power, which can result in the occurrence of a miniature circuit breaker (MCB) trip when the apparent power condition (Volt Am- pere)  of  electrical  equipment  exceeds  real  power  (Watt)  of  electrical  equipment.  This research  aims  to  create  a  tool  that  can  improve  power  factor  automatically  and  display- ing  several  parameters  to  support  accuracy  when  analyzing  load  conditions  such  as power, current, voltage, real power, apparent power, apparent power, reactive power, the phase angle and the value of the capacitor required. The system is designed to use the pzem 004-t sensor with a combination of current transformer and direct connection to the phase and neutral wires in the electrical system to measure the required amount, using the minimum system atmega328 as a processor, relay as the selection of capacitors and  liquid  crystal  display  (LCD)  to  display  the  measured  amount.  The  results  of  this research is the tool capable of improving the quality of electrical power based on power factors, can work at a load of 549.77 VA and can be applied to household customers of 450 VA, can reduce the consumption of electric current in household appliances so as to reduce the occurrence of trips on equipment protection and can display some electri- cal quantities, namely current, voltage, power factor, real power, apparent power, re- active power and capacitor requirements.
Keywords: Power Factor, Compensation Capacitors, Microcontroller.

## ABSTRAK
Faktor daya yang buruk pada suatu sistem kelistrikan terkhusus pada pelanggan skala rumah  tangga  dapat  mengakibatkan  penurunan  kualitas  daya  listrik,  dimana  dapat mengakibatkan alat proteksi rumah tangga trip pada kondisi daya semu (Volt Ampere) peralatan listrik melebihi daya nyata (Watt) peralatan listrik. Penelitian ini bertujuan untuk membuat alat yang dapat melakukan perbaikan faktor daya secara otomatis, dan dapat  menampilkan  beberapa  parameter  untuk  menunjang  keakuratan  pada  saat menganalisa kondisi beban yaitu faktor daya, arus, tegangan, daya nyata, daya semu, daya  reaktif,  sudut  fasa  dan  nilai  kebutuhan  kapasitor.  Sistem  yang  dirancang  me- manfaatkan sensor pzem 004-t dengan kombinasi transformator arus dan hubung lang- sung pada kabel fasa dan netral pada sistem kelistrikan untuk mengukur besaran yang diperlukan, menggunakan sistem minimum atmega328 sebagai pemroses, rele sebagai pemilihan  kapasitor  dan  liqiud  crystal  display  (LCD)  untuk  menampilkan  besaran terukur. Hasil dari penelitian ini adalah alat mampu merperbaiki kualitas daya listrik berdasarkan faktor daya, dapat bekerja pada beban sebesar 549,77 VA dan dapat dit- erapkan  pada  pelanggan  listrik  rumah  tangga  450  VA,  dapat  mengurangi  konsumsi  arus listrik pada peralatan rumah tangga sehingga mengurangi terjadinya trip pada perlatan proteksi dan dapat menampil beberapa besaran listrik yaitu arus, tegangan, faktor daya, daya nyata, daya semu, daya reaktif dan kebutuhan kapasitor.
Kata kunci : Faktor Daya, Kapasitor Kompensasi, Mikrokontroler.
Penulis Korespondensi:
Nursalim, Program Studi Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknik, Universitas Nusa Cendana, Jl. Adisucipto Penfui - Kupang. Email: nursalim@staf.undana.ac.id

## 1. PENDAHULUAN
Kualitas          daya          listrik          merupakan parameter penting dalam keandalan suatu sistem ketenagalistrikan. Kualitas daya listrik yang baik dapat mengurangi kegagalan pada sebuah sistem kelistrikan, seperti rugi – rugi daya [1-3]. Faktor daya  merupakan      suatu      parameter      yang sangat  berpengaruh  terdapat  kualitas  daya listrik,  ketika  kondisi  faktor  daya  dalam keadaan  buruk  maka  hal  tersebut  dapat mengakibatkan  penurunan  pada  kualitas  dari daya listrik tersebut [4-6].
Faktor  daya  adalah  perbandingan  antara  daya aktif dengan daya semu. Faktor daya menggambarkan  sudut  phasa      antara      daya aktif  dan  daya  semu.  Daya  aktif  digunakan untuk mengoperasikan beban-beban pada pelanggan  listrik.  Daya  semu  dihasilkan  oleh generator  pembangkit  yang  ditransmisikan  ke pelanggan  listrik.  Daya  reaktif      yang bertambah  menyebabkan  sudut  fasa  antara daya  semu dan daya    nyata     melebar     dan hal  tersebut  menyebabkan  turunnya  faktor daya  listrik  [7,  8]  Pada  sistem  kelistrikan sebuah  rumah  tangga  terdapat  beban  –  beban listrik  induktif  yang  dapat  mengakibatkan turunnya  faktor  daya,  seperti  motor  air,  air conditioner  (AC),  kipas  angin,  kulkas  dan lampu  TL.  Menurut  [9,  10]  faktor  daya  pada suatu  sistem  ketenagalistrikan  tidak  boleh berada      dibawah      0,85        atau        85% dikarenakan  akan      dikenakan      biaya kompensasi  daya  reaktif  untuk  pelanggan dengan      skala      industri,      tetapi        tidak dikenakan  biaya  kompensasi  daya      reaktif untuk  pelanggan  dengan  skala  rumah  tangga. Namun  berdasarkan  penelitian  yang  telah dilakukan oleh [7], faktor daya yang buruk pada skala  rumah  tangga  dapat  mengakibatkan terjadinya alat proteksi rumah tangga (miniature  circuit  breaker  dan  earth  leakage cricuit  breaker)  trip  pada  kondisi  daya  semu (Volt  Ampere)      peralatan      listrik      yang melebihi daya nyata (Watt) peralatan listrik yang diakibatkan  oleh  beban  –      beban      induktif pada  rumah  tangga  yang  mempengaruhi  fasa arus tertinggal dari pada fasa tegangan sehingga nilai  besaran  arus  naik  melebihi  batasan  alat proteksi,  penelitian  serupa  juga  telah  lakukan oleh [8, 11].
Permasalahan  tersebut  dapat  ditanggulangi dengan melakukan pemasangan kapasitor kompensasi yang diparalelkan ke  dalam.
sistem  kelistrikan  untuk  menginjeksi  kebutuhan daya  reaktif  pada  sistem  kelistrikan,  sehingga memperkecil  sudut  antara  daya  semu  dan  daya nyata yang mempengaruhi nilai faktor daya agar semakin  baik.  Untuk  pemasangan  kapasitor kompensasi,  perlu  terlebih  dahulu  dilakukan perencanaan, karena dibutuhkan perhitungan dan pemilihan  kapasitor  kompensasi  sesuai  dengan kondisi  beban  yang  ada.  Oleh  karena  itu  dapat dilakukan  penelitian  tentang  perancangan  suatu alat yang dapat melakukan pemilihan pemakaian kapasitor kompensasi dengan tepat ketika terjadi penurunan pada faktor daya secara otomatis. Penelitian–penelitian  tentang  pembuatan  alat perbaikan
faktor
daya dengan
memanfaatkan kapasitor telah banyak dilakukan  oleh  banyak  peneliti, terdapat beberapa  penelitian  serupa  yaitu,  yang  pertama oleh  [8,  12]  dimana  dibuat  sebuah  alat  untuk melakukan      perbaikan      faktor      daya      yang hanya  menghitung  dan  memilih  kapasitor kompensasi masih secara manual tanpa menggunakan mikrokontroler. Penelitian berikutnya  dilakukan  oleh  [7]  dimana  dibuat sebuah  alat  untuk  melakukan  perbaikan  faktor daya  yang  hanya  melakukan  pemantauan  faktor daya dan tidak melakukan pemantauan pengukuran terhadap beberapa
parameter  lainnya  seperti  daya  semu,  daya reaktif,  sudut fasa dan nilai kebutuhan kapasitor  yang  menunjang  keakuratan      pada saat  menganalisa  kondisi  beban.  Penelitian berikutnya  dilakukan  oleh  [11]  dimana  dibuat sebuah  alat  perbaikan  faktor  daya  yang  hanya diimplementasikan  pada  satu  jenis  beban  yaitu air  conditioner      (AC)      dan      alat      yang dirancang  ini  hanya  melakukan  pemantauan faktor  daya  dan  tidak  dapat  melakukan pemantauan  dan  pengukuran      terhadap beberapa        parameter        lainnya        yang menunjang      keakuratan      pada        saat menganalisa kondisi beban.
Berdasarkan      latar      belakang      di        atas kemudian dilakukan penelitian dengan membuat alat  perbaikan  faktor  daya yang dapat melakukan  perbaikan  faktor  daya  dengan memanfaatkan          kapasitor kompensasi, melakukan pengukuran dan menampilkan beberapa parameter untuk menunjang keakuratan  pada  saat  menganalisa  kondisi beban  yaitu  faktor  daya,  arus,  tegangan,  daya nyata,  daya  semu,  daya  reaktif,  sudut  fasa  dan nilai  kebutuhan  kapasitor  pada  pelanggan listrik skala rumah tangga 450 VA dengan judul penelitian  :  “Rancang      Bangun      Sistem Otomasi  Perbaikan  Kualitas  Daya  Skala  Rumah Tangga”.

## 2. METODE PENELITIAN

## 2.1 Percangan dan pembuatan sistem
Pada  perancangan  dan  pembuatan  alat  ini digunakan     metode     eksperimen.     Metode ini  bersifat validation atau  menguji,  yaitu menguji  satu  atau  lebih  variabel  terhadap variabel      lain      untuk        mendapatkan        hasil yang  diinginkan  (Untari,  2018).      Berikut adalah  diagram  alir urutan penelitian tersebut.
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian
Berikut adalah uraian dari diagram alir penelitian.

## • Menentukan Topik
Menentukan  suatu  topik  permasalahan  yang akan dilakukan penelitian.
• Menuruskan Masalah Merumuskan  masalah  –  masalah  yang  akan dijadikan tolak ukur penelitian.
• Menentukan Batasan Masalah Dilakukan untuk membatasi proses penelitian. • Proses Pengujian Pada  proses  pengujian  terdapat  tiga  tahap, yaitu merancang dan membuat alat, mengumpulkan data, analisis data. Proses ini dapat  dilakukan  beberapa  kali  untuk mendapatkan  hasil  penelitian  sesuai  dengan rumusan  masalah.  Jika  belum  mencapai rumusan masalah yang ditentukan maka akan diulang.
• Menarik Kesimpulan
Pada  bagian  ini  dilakukan  penarikan kesimpulan  berdarkan  data  yang  telah  di analisa. • Menyusun Penulisan
Pada  bagian  ini  dilakukan  penyusunan penulisan  berdarkan  penelitian  yang  telah dilakukan.

## 2.2 Diagram Blok Sistem
Uraian dari diagram blok sistem yang telah dibuat adalah sebagai berikut :
• Blok input
Input  yang  dimaksud  adalah tiga jenis parameter  yaitu  arus,  tegangan  dan  faktor daya  yang  diukur  dengan  memanfaatkan  sensor pzem-  004t  yang  dikombinasikan  dengan transformator arus [13].
• Blok proses
Pada  blok  ini  terdapat  tiga  perangkat  yaitu mikrokontroler      atmega328,      rele        dan kapasitor          kompensasi.          Data            yang diterima  berdasarkan  pengukuran  sensor  pzem- 004t akan diproses pada mikrokontroler dan akan dilakukan pemilihan kapasitor dengan memanfaatkan          rele        untuk         memutuskan dan      menghubungkan      kapasitor        dengan sistem  kelistrikan  sesuai kondisi beban.

## • Blok output
Pada  blok  output  terdapat  liquid  crystal  display dan  beban,  dimana  liquid  crystal  display  akan menampilkan        semua        parameter        yang terukur  dan  beban  akan  injeksikan  daya reaktif  oleh  kapasitor  yang  terhubung  ke sistem kelistrikan tersebut.

## • Blok catu daya
Pada  blok  catu  daya  ini  terdapat  sebuah rangkaian  catu      daya      atau      power      supply yang  berfungsi  sebagai  penghasil  dan  pengatur besaran        daya            ke            seluruh              bagian sistem  yang  membutuhkan  arus  listrik.  Catu daya ini berperan penting dalam pendistribusian  daya  ke  bagian  sistem  yang membutuhkan  listrik  agar  dapat bekerja.

## 2.3 Diagram Alir

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  dari  perancangan      alat      perbaikan kualitas  daya      skala      rumah      tangga berdasarkan  faktor  daya  ini  dapat  bekerja sesuai  dengan  rumusan  masalah  yang  ada. Alat  ini  dirancang  berdasarkan  kondisi  sistem kelistrikan  rumah  tangga  450  VA  yang  akan dideteksi  melalui  sensor  pzem-004t  yang  di kombinasikan dengan transformator arus.
Kombinasi  kedua  perangkat  tersebut  akan melakukan  pengukuran  terhadap  tiga  jenis parameter  pada  sistem  kelistrikan  rumah tangga  yaitu  arus,  tegangan  dan  faktor  daya. Kemudian  tiga  parameter  tersebut  diproses  oleh mikrokontroler atmega328 untuk mendapatkan  besaran  –  besaran      lainnya seperti  daya  nyata,  daya  semu,  daya  reaktif, sudut  fasa  dan  kebutuhan  kapasitor,  sehingga ketika  terjadi  penurunan  faktor  daya  dibawah angka 0,85 maka mikrokontroler akan melakukan pemilihan kapasitor dengan memanfaatkan rele berdasarkan besaran kebutuhan  kapasitor  sehingga  faktor  daya kembali  ke  kondisi  baik  atau      mendekati angka  1.  Hasil  perancangan  alat  berupa prototype dapat dilihat pada Gambar 4 & 5.
Gambar 4. Prototype Alat (Tampak Depan).
Gambar 5. Tampilan Data Pengukuran Pada Alat.

## 3.1 Pengujian Catu Daya
Hasil   pengujian   catu   daya   dari alat tersebut dapat dilihat pada tabel 1.

## Tabel 1. Pengujian Catu Daya.
Tegangan  rata  –  rata  pada  catu  daya  adalah sebesar  4,97  v  dan  alat  dapat bekerja dikarenakan  tegangan  operasi  ic  atmega328 yang  dipakai  sebagai  pemroses  adalah  0,8  v  – 5,5 v.

## 3.2 Pengujian Sensor
Pada      pengujian      ini,      telah        dilakukan kalibrasi  arus,  tegangan  dan  faktor  daya  pada sensor        pzem-004t          dengan          alat          ukur yaitu  multimeter  dan  cos  phi  meter  dengan menggunakan  beban  lampu  TL  35  Watt,  hasil pengujiannya dapat dilihat pada tabel 2, 3 dan 4.
Tabel 2. Pengujian Arus.
No. Multimeter Sensor PZEM- 004T % Error 1 0,26 0,26 0 2 0,26 0,26 0 3 0,26 0,26 0 4 0,26 0,26 0 5 0,26 0,26 0 Rata – rata 0,26 0,26 0 Tabel 3. Pengujian Tegangan. No. Multimeter Sensor PZEM- 004T % Error 1 215 215 0 2 215 215 0 3 215 215 0 4 215 215 0 5 215 215 0 Rata- rata 215 215 0

## Tabel 4. Pengujian Faktor Daya.
3.3 Pengujian Keseluruhan Sistem
Pada bagian ini dilakukan pengujian pada keseluruhan   sistem    yang  dirancang,  akan dilakukan perbandingan antara kondisi sistem pada  saat  tanpa  menggunakan  switching kapasitor kompensasi dan kondisi pada saat menggunakan switching kapasitor kompensasi. Pada pengujian ini akan digunakan 3 sampel beban induktif yaitu Lampu TL 35 Watt, Lemari Pendingin 1 HP (Horse Power) / 746 Watt, Kulkas 157 Watt dan kipas angin 65 Watt.
• Pengujian sistem tanpa kompensasi kapasitor
Hasil      pengujian      sistem      tanpa kompensasi      kapasitor        dapat        dilihat pada Tabel 1.
Tabel 5. Pengujian sistem tanpa kompensasi kapasitor
No. Cos Phi Meter Sensor PZEM-004T % Error 1 0,71 0,71 0 2 0,71 0,71 0 3 0,71 0,71 0 4 0,71 0,71 0 5 0,71 0,71 0 Rata – rata 0,71 0,71 0
• Pengujian
sistem menggunakan kompensasi kapasitor Hasil pengujian sistem menggunakan kompensasi      kapasitor        dapat        dilihat pada Tabel 2.

## Tabel 2. Pengujian sistem menggunakan kompensasi kapasitor

## 3.4 Pembahasan
Alat  perbaikan  kualitas  daya  berdasarkan  faktor daya  ini  dirancang  untuk  pelanggan  rumah tangga 450 VA. Namun pada pengujiannya, alat mampu      menginjeksi      daya      reaktif      pada beban  sebesar  549,77  VA  dengan  faktor  daya 0,76  dan  konsumsi  arus  sebesar  2,78  ampere (dilihat pada
Tabel 1, No. 5) menjadi 422,79 VA dengan faktor daya 0,98 dan konsumsi arus sebesar 2,13 ampere (dilihat  pada  Tabel  2,  No.  5).  Berdasarkan pengujian  tersebut  dapat  dikatakan  alat  bekerja dengan  baik  dan  sesuai  dengan  dengan perancangan.
Gambar 6. Grafik Perbandingan Penggunakan Alat
Pada gambar      6      terdapat        grafik  perbandingan penggunaan alat, grafik  tersebut  bertujuan  untuk menunjukan perbandingan dari hasil pada saat menggunakan kompensasi kapasitor (kondisi alat meninjeksikan      daya      reaktif      dari  kapasitor  –  tabel  6) dan tanpa kompensasi kapasitor (kondisi alat tidak  menginjeksikan  daya  reaktif  –  tabel  5). Angka  0  sampai      1      adalah        faktor        daya.        Ketika tanpa  kompensasi  kapasitor,  beberapa  perangkat  faktor dayanya  berada  dibawah  0,8  (dapat  dilihat  pada  tabel  5), setelah  menggunakan  kompensasi  kapasitor  faktor  daya meningkat di atas 0,9 (dapat dilihat pada tabel 6).

## 4. KESIMPULAN
1. Berdasarkan  pengujiannya,  alat  perbaikan  kualitas daya  skala  rumah  tangga  ini  mampu  bekerja  pada beban  sebesar  549,77  VA  dan  dapat  diterapkan  pada pelanggan listrik rumah tangga 450 VA sesuai dengan perencanaan.
2. Alat  perbaikan  kualitas  daya  skala  rumah  tangga mampu  mengurangi  konsumsi  arus  pada  peralatan rumah  tangga  sehingga  mengurangi  terjadinya  trip pada peralatan proteksi rumah tangga.
3. Alat  perbaikan  kualitas  daya  skala  rumah  tangga mampu  melakukan  pengukuran  dan  menampilkan besaran  arus,  tegangan,  faktor  daya,  daya  nyata,  daya semu,  daya  reaktif,  sudut  fasa  dan  nilai  kebutuhan kapasitor sesuai yang direncanakan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] C. Sankaran, Power quality: CRC press, 2017.
[2] K.  Ogata,  "Teknik  Kontrol  Automatik  (Sistem Pengaturan)      Jilid  1,"  alih  bahasa  Edi  Leksono-- Jakarta: Erlangga, 1995.
[3] D.  F.  Handbook,  "Electrical  Science,"  Washington, DC: US Department of Energy, 1992.
[4] J.   J.   Saputra,    "Simulasi    dan analisa penggunaan svc sebagai penyeimbang arus serta   perbaikan faktor daya  pada  simulasi  sistem  tiga  fasa  tak  seimbang," Fakultas Teknik, 2015.
[5] A.  Von  Meier,  "Electric  power  systems,"                in A  Conceptual  Introduction,      ed:      Wiley      Online Library, 2006.
[6] A.  Kadir,  "Pengenalan Sistem Informasi
Edisi Revisi, 2014,"44 Yogyakarta:Andi Offset, 2014.
[7] T.  N.  Hartono,  M.  Shidiq,  and  H.  Santoso, "Perancangan  Alat  Perbaikan  Faktor  Daya  Beban Rumah  Tangga  dengan  Menggunakan  Switching Kapasitor  dan  Induktor  Otomatis,"  Jurnal  Mahasiswa TEUB, vol. 2, 2014.
[8] E. B. Haryadi, "Perbaikan Faktor Daya Menggunakan Kapasitor  Bank  Pada  Peralatan  Rumah  Tangga," Yogyakarta: Universitas Negeri Yogyakarta, 2015.
[9] W. N. Hardiranto, "Analisa optimasi perbaikan faktor daya  dan  drop  tegangan  dengan  menggunakan kapasitor  bank  pada  line  5  PT  Bukit  Asam  (persero) Tbk," 2017.
[10] M.  B.  Manggala,  M.  J.  Afroni,  and  B.  M.  Basuki,
"Analisis  Kebutuhan  Kapasitor  Bank  Terhadap Peningkatan Efisiensi daya  Listrik Pada Saluran Unit Iii Di Pt. Petrokimia Gresik," Science Electro, vol. 8,
2019.
[11] N.  Muhaimin,  F.  A.  Rahma  Wati,  and  A.  F. Darmawan,  "Rancang  Bangun  Alat  Perbaikan  Faktor Daya  Untuk  Ac  (Air  Conditioner)  Secara  Otomatis," Prosiding  Elektronik  Pekan  Ilmiah  Mahasiswa Nasional  Program  Kreativitas  Mahasiswa-Karsa Cipta, 2014.
[12] S.  Dewi,  "Rancang  Bangun  Penghitung  Jumlah Penonton  Masuk  Pada  Studio  Gedung  Bioskop Dengan  Sensor  Infra  Merah  Dan  Tampilan  Seven Segment," Politeknik Negeri Sriwijaya, 2014.
[13] F.  N.  Habibi,  S.  Setiawidayat,  and  M.  Mukhsim, "Alat  Monitoring  Pemakaian  Energi  Listrik  Berbasis Android  Menggunakan  Modul  PZEM-004T,"  in Prosiding  Seminar  Nasional  Teknologi  Elektro Terapan, 2017, pp. 157-162.