## Rancang Bangun Proteksi Transmisi Listrik Terhadap Multi Gangguan
1 Agus Kiswantono
1 Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Bhayangkara Surabaya
1 kiswantono@ubhara.ac.id
Abstract— Electrical energy is energy that is not visible to the naked eye and therefore requires a media for monitoring and protection of all changes that occur. This journal was created to  discuss  a  device  design  to  protect  voltage  drop, overvoltage,  and  overcurrent  on  a  15  KV  electricity transmission line, which is monitored through the LabVIEW application  using  Arduino  Uno  hardware  devices.  The purpose of monitoring is to be able to monitor the amount of electricity  both  voltage  and  current  that  is  being  flowed  to the  load  in  real  time.  Arduino  Uno  functions  as  a communication  medium  between  a  PC  and  sensors  that measure voltage and current. Voltage sensor readings use a special module to read DC electricity and current sensors use ACS712  5A. C urrent  sensor  ACS712  5A  is  capable  of measuring  currents  up  to  5  amperes.  The  output  voltage generated  by  the  sensor  is  185  mV/A.  ACS712  has  the characteristic  that  the  no-load  position  has  produced  an output  of  2.5  Volts .. Of  course,  for  communication  to  take place,  a  program  in  the  form  of  a  Graphic  User  Interface (GUI)  is  needed  in  the  LabVIEW  application,  while  the Arduino  Uno  board  has  Lifa  Base  programmed,  a  basic program on hardware so that the GUI can process each input from  sensors.  The  expected  result  is  being  able  to  protect Voltage  Drop,  Over  Voltage,  and  Over  Current  in accordance with quantities that we can determine manually. Keywords— Protection, Arduino Uno, LabVIEW
Abstrak—  Energi  listrik  merupakan  energi  yang  tidak terlihat  oleh  kasat  mata  maka  dari  itu  dibutuhkan  sebuah media  untuk  monitoring  dan  pengaman  terhadap  segala perubahan yang terjadi. Jurnal ini dibuat untuk membahas sebuah  rancang  bangun  alat  untuk  memproteksi  drop tegangan,  tegangan  lebih,  dan  arus  lebih  pada  jalur transmisi listrik 15 KV, yang di monitoring melalui aplikasi LabVIEW menggunakan perangkat hardware Arduino Uno. Tujuan  dari  monitoring  ialah,  agar  dapat  memantau besaran-besaran  listrik  baik  tegangan  maupun  arus  yang sedang  dialirkan  ke  beban  secara  real  time.  Arduino  Uno berfungsi sebagai media komunikasi antara PC dan sensor- sensor  yang  mengukur  tegangan  dan  arus.  Pembacaan sensor  tegangan  menggunakan  modul  khusus  untuk membaca listrik DC dan sensor arus menggunakan ACS712 5A.  Arus sensor ACS712 5A mampu mengukur arus hingga 5  ampere.  Output  tegangan  yang  dihasilkan  oleh  sensor sebesar  185  mV/A.  ACS712  memiliki  karakteristik  yaitu posisi  tanpa  beban  telah  menghasilkan  output  sebesar  2,5 Volt..  Diperlukan  sebuah  program  berupa  Graphic  User Interface (GUI) dalam aplikasi  LabVIEW, sedangkan pada board  Arduino  Uno  telah  terprogram  Lifa  Base  ,  yaitu program dasar pada hardware agar GUI dapat memproses tiap  masukan  dari  sensor-sensor.  Hasil  yang  diharapkan adalah mampu memproteksi Drop Tegangan, Over Voltage, dan Over Current sesuai dengan besaran-besaran yang bisa kita tentukan secara manual.
Kata Kunci— Proteksi, Arduino Uno, LabVIEW

## I. Pendahuluan
Dalam  perkembangan  teknologi  sekarang  ini  sangat besar  manfaat  apabila  teknik  listrik  dipadukan  dengan teknik  informatika.  Dengan  teknik  informatika  yaitu computerising  energy  listrik  bisa  dimonitoring  melalui komputer dengan sebuah aplikasi, ini  merupakan sebuah inovasi  perkembangan  ilmu  pengetahuan  dan  teknologi. Dahulu  para  engineering  harus  membawa  perlengkapan toolkit dan menuju ke titik lokasi pengecekan listrik. Dan apabila terdapat gangguan seperti drop tegangan, tegangan lebih  dan  arus  lebih  masih  menggunakan  komponen mekanik  yang  relatif  kurang  aman  terutama  dalam monitoring  konsistensi  kerja  kualitas  alat.  Tentunya  hal seperti  ini  sangat  berbahaya  apabila  beban  listrik  yang digunakan      mempunyai  harga  yang  mahal.  Harapan project ini dapat dirancang dengan biaya low cost. [1]
Dalam rancang bangun alat disini diharapkan mampu menghasilkan alat dengan kualitas yang baik dan  mudah dalam  pengoprasian.  Menggunakan  sensor  tegangan  DC sebagai  pemberi  sinyal  kepada  arduino  akan  tegangan listrik  yang  tersuplai.  Untuk  sensor  arus  menggunakan ACS712  dengan  kapasitas  maksimal  5  Ampere.  Tingkat ketelitian sensor dilakukan dengan pengecekan / kalibrasi sebelum  memulai  penelitian,  karena  hasil  tiap  board sensor  ACS712  dan  sensor  tegangan,  agar  dapat memperoleh hasil yang akurat.[2][3][5]

## II. Metodologi Penelitian

## A. Tempat dan Waktu Penelitian
Dalam  pelaksanaan  penelitian  ini  bekerjasama dengan  Laboratorium  Teknik  Elektro  Universitas Bhayangkara, perpustakaan Fakultas Teknik Ubhara  dan dalam  kurun  waktu  dan  lama  perencanaan  berlangsung selama ± 2 bulan.

## B. Bahan dan Peralatan
Pada  perancangan  sistem  ini,  dibutuhkan  beberapa Alat,  bahan,  serta  program  aplikasi  pendukung,  yang dikelompokkan  menjadi  2  bagian,  yaitu  perangkat  keras ( hardware) dan  perangkat  lunak (software).  Hardware: Arduino Uno, Sensor Tegangan DC, Sensor Arus ACS712 5A, PC  Laptop, USB Mini, kabel jumper, Relay, Modul XL6019,  Modul  Generator  High  Voltage  15  KV,  dan power  supply. Software: Windows  7,  LabVIEW,    IDE Arduino.

## C. Prosedur  Penelitian
Prosedur yang dilakukan dalam perancangan kendali lampu berbasis LabVIEW adalah sebagai berikut:
Sebelum melakukan penelitian, penulis terlebih dahulu melakukan studi literatur. Proses literasi dengan  mencari materi-materi  yang  berhubungan  dengan  pembuatan  alat secara offline dan online. Setelah mendapatkan informasi yang dibutuhkan, maka penulis mencari program-program pendukung  dan  perangkat  keras  dalam  pembuatan  alat. Melakukan  perancangan  hardware  dan  perancangan program  aplikasi,  setelah  itu  mengadakan  pengujian sistem.

## D. Desain Sistem
Sistem terdiri dari 2 bagian besar yaitu hardware dan software.  Hardware  berfungsi  sebagai  penerima  sinyal dari input maupun menghasilkan output hasil dari proses program.  Software  berfungsi  sebagai  pemroses  sinyal input,  mengontrol  sistem,  monitoring  besaran,  dan memberi  perintah  output  terhadap  hardware.  Dalam software  juga  dibuat  tombol  yang  memungkinkan  user untuk mengkalibrasi besaran nilai dari sebuah pengaman. Berikut gambar sistem diagram:
Gambar 1. Desain Sistem
Didalam  PC  laptop  sudah  terinstal  LabVIEW  dan  board arduino uno terprogram LIFA Base.  Setting nilai operasi untuk  tegangan under  voltage dan  over  voltage dengan mengkalibrasi  modul  XL6019  atau  langsung  melakukan kalibrasi pada LabVIEW. Sedangkan untuk over current diseting dengan kalibrasi pada LabVIEW..

## E. Perancangan Sistem Hardware
Sesuai gambar 1 rangkaian system di wiring dengan benar. Sensor tegangan dan sesor arus memegang peranan penting  sebagai  fungsi  dari  proteksi.  Keakuratan  dalam pembacaan  sangat  di  butuhkan.  Hasil  pembacaan  sensor tegangan dan sensor arus akan diterima oleh arduino untuk diproses didalam program proteksi yang dibuat di aplikasi LabVIEW melalui komunikasi data serial. Menggunakan 2  chanel  relay  masing-masing  berfungsi,  1  relay  untuk memproteksi under  voltage,  over  voltage,  dan  over current dan 1 lagi sebagai automatic transfer switch saat sumber  listrik  padam.  Sehingga  apabila  program menerima  sinyal  yang  melebihi  batas  proteksi  yang  di tentukan,  PC  akan  memerintahkan  arduino  untuk
memberikan output off pada salah satu atau lebih relay dan transmisi akan terputus dengan sumber listrik.
Modul  XL6019  berfungsi  sebagai  simulasi  seolah- olah  tegangan  drop  maupun  over.  Range  tegangan  yang dapat di adjust pada dimmer antara  0 - 25 Volt. Kapasitas Module mampu dilalui beban sebesar 1 Ampere. Jadi hasil yang  di  harapkan  penulis  terhadap  alat  yaitu  mampu memproteksi  beban  apabila  terjadi under  voltage,  over voltage, maupun over  current sesuai  apa  yang  telah ditentukan  dalam  program  sehingga  beban  tidak mengalami kerusakan.
Sensor arus yang digunakan adalah ACS712  5 A yang mampu  membaca  arus  mulai  dari  0  Ampere  sampai dengan  5  Ampere. Output yang  di  hasilkan  sebesar  185 mV/Amp  dan  keadaan  normal  tanpa  beban  2,5  Volt. Sensor  ini  bekerja  dengan  memanfaatkan  peristiwa hall effect yang  bekerja  menggunakan  prinsip  gaya  Lorenz. Sensor  ini  memiliki  tegangan  kerja  5  Volt  dan  memiliki resistansi internal sebesar 1,2 mΩ. Berikut bentuk sensor arus ACS712:
Gambar 2. Sensor ACS712
Untuk  membaca  nilai  tegangan  digunakan  sensor teganagn  DC.  Sensor  ini  menggunakan  prinsip  pembagi tegangan. Berikut skematik sensor tegangan ZMPT101B:
Gambar 3. Skematik sensor tegangan ZMPT101B
Persamaan  yang  digunakan  dalam  perhitungan  sensor tegangan  ditunjukan pada persamaan dibawah ini:
U 2 = 𝑈1 𝑅 x R’ (1)
Dengan :
U1  = tegangan input U2  = tegangan output R    = tahanan pembanding R’   = tahanan pembatas arus
Untuk  mendapatkan  tegangan  input  maka  digunakan persamaan seperti dibawah ini:
U 1 = 𝑈2 𝑅′ x R (2)
Proses pembacaan tegangan dilakukan oleh pin analog arduino  (A0  –  A5)  yang  didalamnya  terhubung  dengan sebuah ADC  (analog  to  digital  converter) yang  mampu mengubah  tegangan  analog  menjadi  besaran  digital representatifnya. ADC didalam arduino memiliki resolusi 10 bit, yang artinya bilangan 0 – 1023 sebagai representasi dari  0  –  5  volt  (output  sensor  tegangan)  di  pin  analog arduino.
5 𝑣𝑜𝑙𝑡
1023 = 0,00488758885 (3)
Persamaan diatas artinya setiap 1 angka desimal mewakili tegangan sebesar 0,0048758885 Volt.
Modul  Generator  High  Voltage  digunakan  untuk menaikkan  tegangan  dari  5V  menjadi  15  KV. Menggunakan prinsip dari koil Tesla.
Gambar 4. Generator High Voltage 15 KV
Modul  diatas  memiliki  output  current  0,4  ampere  saat bekerja.  Terdiri  dari  transistor  NPN,  Resistor,  Dioda, Sakelar, dan Koil. Berikut skematik modul :
Gambar 5. Skematik Modul

## F. Perancangan Sistem Software
Berikut software yang dibutuhkan dalam perancangan project ini:
PC  Laptop  mempunyai  sistem  operasi  Windows Profesional  7  dengan  RAM  4GB  Core  I5,  Aplikasi LabVIEW 2018, Aplikasi VIPM untuk mengunduh tools Labview Interface for Arduino (LIFA), Driver NIVISA1850  Runtime sebagai  komunikasi  data  melalui port  serial  antara  PC  dan  Arduino,  Aplikasi  IDE  versi 1.0.5r2  Arduino  untuk  mengupload  program  LIFA  Base kedalam board Arduino Uno, NI License Activator.
G. Alogaritma Program
Program yang nantinya akan di akses oleh user dapat direpresentasikan oleh flowchart pada gambar 4 flowchart algoritma  program.  Berikut  desain  alur  dan  cara  kerja program yang akan buat:
Gambar 6. Flowchart sistem

## H. Perancangan Interface dan Program
Interface  yang  dimaksud  ialah  tampilan  muka  yang berisi  tombol  dan  indikator  untuk  mengontrol  dan memonitoring  sistem  dalam  aplikasi  LabVIEW.  Dalam interface  terdapat  beberapa  tombol  yang  harus  di  input diantaranya tombol Stop yang berfungi untuk memberhentikan  program, Horizontal  pointer sebagai adjust nilai  untuk  UVR,  OVR,  dan  OCR  untuk
menentukan  batas  proteksi, Speedometer sebagai monitoring tegangan dan arus yang tersuplai pada beban, dilengkapi  dengan Waveform  chart yang  menampilkan nilai dalam bentuk gelombang.

## III. HASIL DAN ANALISA
Alat  diharapkan  mempu  bekerja  sesuai  analisa  dan metode  penelitian.  Semua hardware harus  di wiring dengan benar. Board arduino uno telah diprogram  LIFA Base (LabVIEW  Interface  for  Arduino). Hasil  kerja  alat yang diharapkan yaitu:
 Saat  sensor  tegangan  ZMPT101B  mendeteksi tegangan ≤ n Volt maka relay proteksi UVR akan memutuskan aliran listrik transmisi.
 Saat    sensor  tegangan  ZMPT101B  mendeteksi tegangan  ≥ n Volt maka relay proteksi OVR akan memutus aliran listrik transmisi.
 Saat sensor arus  ACS712  mendeteksi arus  yang mengalir  ke  beban  ≥  n  Ampere,  maka  relay proteksi  OCR  akan  memutus  aliran  listrik transmisi.
Hasil diatas disimpulkan berdasarkan rancangan program yang telah dibuat dengan metode boolean.

## A. Analisa Tegangan Sensor
Tegangan yang di hasilkan oleh output sensor sebesar 0  –  5  Volt.  Saat  melakukan  pengkalibrasian  didapatkan hasil seperti tabel dibawah:
Tabel 2. Kalibrasi Sensor Tegangan DC Input (VDC) Output Sensor (VDC) 1 1,01 2 1,02 3 1,03 4 1,04 5 1,05
Gambar 7. Grafik Input dan Output sensor tegangan DC
Dari  hasil  tabel  1  dapat  dicari  persamaan  garis  lurusnya antara  data  input  dan  output,  sehingga  dalam
memprogram  GUI  dalam  LabVIEW  hasilnya  dapat menampilkan pengukuran yang sama atau mendekati alat ukur.
y = 4,3x (9) Dimana:
x = Nilai Output
y = Nilai Input
Gambar 8. Tampilan GUI program tegangan

## B. Analisa Arus
Dalam  pembacaan  arus  sensor  ACS712  5A  mampu mengukur  arus  hingga  5  ampere.  Output  tegangan  yang dihasilkan  oleh  sensor  sebesar  185  mV/A.  ACS712 memiliki  karakteristik  yaitu  posisi  tanpa  beban  telah menghasilkan  output  sebesar  2,5  Volt.  Berikut  tabel  dan grafik input dan output sensor:
Tabel 3. Nilai Input dan Output sensor ACS712 Input (A) Output (mV) 1 25185 2 25370 3 25555 4 25740 5 25925
Gambar 9. Grafik Input Output ACS712 5A
Dalam  perhitungan  persamaan  garis  lurus  didapatkan persamaan:
y = 𝑥 185 - 137,135 (4) Dimana:
x = Nilai Output
y = Nilai Input
4,3

## Gambar 10. Tampilan GUI program Arus

## C. Hasil Rancangan Program
Setelah melakukan penelitian berdasarkan teori maka dapat  dibuat  perancangan  program  GUI  pada  aplikasi LabVIEW. Berikut tampilan programnya:
Gambar 11. Tampilan Interface
Gambar 12.  Program GUI

## IV. Kesimpulan
Dalam project yang telah dibuat, mampu memproteksi beban dari gejala Under Voltage, Over Voltage, dan Over Current melalui yang dikontrol oleh program LabVIEW . Board  Arduino  harus  telah  terupload  program  Lifa  Base jika tidak maka LabVIEW dan Board Arduino Uno tidak
dapat  berkomunikasi.  Cara  kerja  alat  yaitu  apabila  batas maksimal  tegangan  maupun  arus  yang  mengalir  pada beban sebagai hasil dari pembacaan sensor arus ACS712 5A, Arus sensor ACS712 5A mampu mengukur arus hingga  5  ampere.  Output  tegangan  yang  dihasilkan oleh  sensor  sebesar  185  mV/A.  ACS712  memiliki karakteristik  yaitu  posisi  tanpa  beban  telah menghasilkan  output  sebesar  2,5  Volt, dan  sensor tegangan  DC  melabihi  batas  yang  di  tentukan  pada program, maka dengan otomatis PC akan memerintahkan Board  Arduino  Uno untuk  menonaktifkan  relay  yang bersangkutan, sesuai dengan problem yang terjadi. Hasil simulasi ini menunjukkan bahwa sistem proteksi transmisi listrik yang diimplementasikan dalam model kami efektif dalam mengidentifikasi dan mengisolasi gangguan seperti hubung  singkat,  arus  lebih,  dan  gangguan  bus.  Waktu respons  proteksi  dan  koordinasi  antarreleai  memenuhi persyaratan  keandalan  dan  keamanan  sistem.  Ini mengindikasikan  bahwa  sistem  proteksi  ini  dapat memberikan perlindungan  yang  memadai terhadap  multi gangguan  dalam  transmisi  listrik.  Input  Tegangan  untuk beban  sebesar  ±  5  VDC  dengan  frakuensi  50  Hz,  Input Tegangan pada Board Arduino = 9 VDC, Tegangan input sensor Tegangan = 5 VDC dengan pembacaan Tegangan 1  VAC  =  0,022727  VDC,  input  sensor  ACS712  5A  =  5 VDC dengan pembacaan arus 1 A = 185 mV. Tegangan relay = 5 VDC dengan kontak kapasitas kontak 250 VAC 10  A.  Modul  XL6019  pengatur  tegangan  input  5  vdc, output 4,3 vdc, modul generator HV 15 KV input 4,3 vdc, output 15 kv.

## V. DAFTAR PUSTAKA
[1]. AFZ  Fauzi,  A  Kiswantono,  S  Saidah,  Power Outage Sensing Device based on IOT for Service
Quality  Evaluation  in  the  PLN  Distribution System,  2021,  ELKHA  Jurnal  Teknik  Elektro Universitas Tanjungpura, Vol 13 (2), 155-160,
[2]. A  Kiswantono,  EN  Cahyono,  H  Hermawan, Profil  Otomatisasi  Distribusi  Sistem  Tenaga
Listrik Universitas Bhayangkara Surabaya, 2021,
Prosiding  Seminar  Nasional  Penelitian  dan Pengabdian  kepada  Masyarakat  2,  jurnal saburai,.
[3]. A  Kiswantono,  A  Amirullah,  Perbandingan Penggunaan Model Filter Pasif Dan Filter Aktif
Seri  Tiga  Phasa  Untuk  Meningkatkan  Kualitas Daya  Listrik  AkibaT,  2016,  Prosiding  Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan, 25-36
[4]. “Arduino  Uno” ,  2018 , Arduino  Uno  Board Spesification, https://store.arduino.cc/arduino- uno-rev3, diakses 1 September 2019.
[5]. “Arduino  Communication  with  LabVIEW”, 2018,
Steemit, https://steemit.com/utopian,io/@eda gmi/arduino-communication-with-labview- using-the-lifabase , diakses 2 September 2019
[6]. “Datasheet  ZMPT101B”,  September  2019, Qingxian Zeming Langxi Electronic,5nrorwxhmqqijik.leadongcdn.com/att achment/kjilKBmoioSRqlkqjoipSR7ww7fgzb73 m/ZMPT101B-specification.pdf.
[7]. “Datasheet  ACS712”,  2019,  Allegro  Micro System, https://www.sparkfun.com/datasheets/Breakout Boards/0712.pdf, diakses 1 September.
[8]. EN  Cahyono,  A  Kiswantono,  Mini  Scada  Plts Berbasis  Arduino  Uno  Dan  Visual  Basic Menggunakan Web Api Crud, 2019, SinarFe7 2 (1), hal. 441-446.
[9]. DB  Prasetyo,  A  Kiswantono,  sinkronisasi  Dan Monitoring Generator Dengan Pengendali Berbasis  Arduino  Mega  2560,  2021,  Aisyah Journal Of Informatics and Electrical Engineering, Vol 3 (2), 163-170.
[10]. HD  Paminto,  A  Kiswantono,  Rancang  Simulasi
Sistem Otomatis Ats-Amf
Menggunakan Automation Studio, ,Aisyah Journal Of Informatics  and  Electrical  Engineering  (AJIEE)
3 (1), 18-22
[11]. “LabVIEW  System  Design  Software”,  2012, National
Instruments, http://www.ni.com/labview/, diakses 30 Agustus
2019.
[12]. M  Rizal-Alfariski,  M  Dhandi,  A  Kiswantono, Automatic  Transfer  Switch  (ATS)  Using
Arduino Uno, IoT-Based Relay and Monitoring, 2022,  JTECS:  Jurnal  Sistem  Telekomunikasi Elektronika Sistem Kontrol Power Sistem
[13]. M  Jainuri,  H  Setiaji,  DA  Nugraha,  A Kiswantono,  simulasi  Over  Current  Relay  Pada Jalur  Transmisi  Dengan  Menggunakan  Aplikasi Etap 12.6, 2021, SinarFe7 4 (1), 674-683
[14]. N  Prastyana,  A  Kiswantono,  Design  of  Single Phase Motor Current, Voltage, Over Temperature Protection System and Temperature Timing  in  Water  Heater,  2023,  JTECS:  Jurnal Sistem  Telekomunikasi  Elektronika  Sistem Kontrol Power Sistem
[15]. Y  Hermanto,  A  Kiswantono  Voltage  and Frequency  Controller  for  Wind  Turbine  With PID Controller, PWM and Thingspeak Monitor, 2023  JTECS:  Jurnal  Sistem  Telekomunikasi Elektronika Sistem Kontrol Power Sistem