7/28/2019 Electronic Load Controller Untuk.docx

1/4

Electronic Load Controller Untuk PLTMH

MAR 3

Posted byariefsullivanAbstrakSebagai pengganti governor dalam upaya menjaga mutu/kualitas daya listrik sistem PLTMh, dua dekade terakhir ini mulaidikembangkan beberapa alat Pengatur Beban Elektronis (Electronic Load Controllers). Pada sistem PLTMh, Electronic LoadController (ELC) merupakan alat untuk mengatur keseimbangan beban utama dan ballast load yang diharapkan sistemPLTMh tersebut bisa selalu terjaga pada kondisi beban relatif konstan. Dengan mengoperasikan sistem PLTMh pada bebanrelatif konstan, maka akan membuat generator berputar pada putaran yang relatif konstan pula, sehingga dengan demikian

tegangan dan frekuensi sistem pun akan ikut konstan tidak terpengaruh oleh perubahan pemakaian beban utama yangkondisinya tidak menentu. Mikrokontroler AT89S51 yang merupakan keluarga MCS-51 mempunyai aplikasi yang sangat luas.Dengan memanfaatkan mikrokontroler AT89S51 sebagai pengendali utama (main controller) ELC, maka rangkaian ELCmenjadi cukup sederhana. AT89S51 yang diaplikasikan sebagai pencacah siklus listrik sistem, mikrokontroler cukupmembutuhkan tambahan rangkaian Zero Crossing Detector sebagai pengubah isyarat sinusiodal menjadi persegi danThyristor atau Kontaktor sebagai komponen switching ballast load. ELC mampu mengendalikan ballast load sesuai dengankapasitas sistem PLTMh dengan menggunakan komponen switching yang sesuai. Sebagai sebuah penenelitian, maka dalampembuatan pengatur beban elektronis ini, ELC adalah ELC 1 fase dan hanya berkapasitas 5 kWKata kunci: PLTMh, ELC, Ballast load1. PendahuluanDisaat hangat-hangatnya isu berkenaan dengan krisis energi listrik nasional, global warming dan climate changes sekarang ini,keberadaan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMh) sepertinya menjadi salah satu solusi alternatif dari beberapasolusi yang ada. Terutama untuk daerah-daerah yang masih disuplai dengan listrik tenaga diesel dan lebih khusus untukdesa/daerah-daerah terpencil yang belum mendapat pelayanan aliran listrik karena sulit dicapai oleh jaringan listrik yangpembangkitnya berada jauh dari pedesaan (remote area). Didukung dengan potensi kelistrikan tenaga air di Nusantara yangmencapai 72.000 MW, 10 persennya atau 7.500 MW, dapat dimanfaatkan untuk sistem PLTMh [6]. Sistem PLTMh yang sudah

terkenal ramah lingkungan, kemampuan menghasilkan listrik yang kontinyu (siang-malam) dan juga ketersediaan teknologiyang terjamin serta kokoh mampu berumur 20 sampai 30 tahun, sangat menarik sebagai sumber energi listrik mandiriterbarukan [1]Sayangnya dari beberapa kelebihan yang dimiliki sistem PLTMh tersebut, sampai sekarang ini teknologi PLTMh di masyarakatmasih kurang familier, sehingga pertumbuhannya pun menjadi lambat. Dari potensi kelistrikan tenaga air di Indonesia yangmencapai 75.000 MW tersebut, pada pertengahan tahun 2008 ini, baru terdapat sekitar 60 unit sistem PLTMh yang tersebar di60 wilayah Indonesia [6]. Terlebih lagi pembangunan sistem PLTMh yang sudah dilakukan, masih sering mengabaikanmutu/kualitas daya listrik (power quality) yang dihasilkannya. Mutu/kualitas daya listrik yang biasanya dikaitkan denganperubahan tegangan, frekuensi dan pergeseran fase jika PLTMh merupakan sistem tiga fase sangat penting untukdiperhatikan. Kualitas daya listrik yang jelek secara signifikan akan berdampak pada umur/usia peralatan, baik peralatanbeban sistem maupun peralatan (komponen) sistem PLTMh itu sendiri [1].

Teknik yang digunakan untuk menjaga kualitas daya listrik setiap sistem pembangkit berbeda-beda, dan demikian puladengan sistem PLTMh. Pada sistem PLTMh tidak menggunakan governor (pengatur kecepatan putaran turbin/penggerak mula)yang digunakan untuk menyesuaikan atau menyeimbangkan energi pada penggerak mula dengan kebutuhan pemakaian bebankonsumen. Teknik yang digunakan pada sistem PLTMh adalah dengan menerapkan sistem selalu beroperasi mendekati beban

penuh (putaran konstan). Metode ini dilakukan dengan cara memasang beban tiruan resistif (ballast loads atau dummy loads)pada sistem. Balast loads diatur secara otomatis sebagai kompensasi perubahan beban utama sistem, sehingga total bebansistem tetap mendekati beban penuh (putaran konstan). Untuk mengatur ballast loads bisa bekerja otomatis, pada sistemPLTMh yang menggunakan generator induksi digunakan induction generator controller (IGC), sedangkan pada sistem PLTMhyang menggunakan generator sinkron digunakan electronic load controller [7].

Untuk sekarang ini seiring dengan pertumbuhan sistem PLTMh di berbagai negara (terutama negara-negara berkembang),generator sinkron dengan kapasitas kecil mulai banyak diproduksi dan tersedia di pasaran, sehingga sedikit demi sedikitpembangunan PLTMh yang tadinya memakai generator induksi kini mulai beralih menggunakan generator sinkron. Hanya sajasistem PLTMh yang menggunakan generator sinkron masih memiliki kelemahan ketika terjadi perubahan pembebanan,pemulihan perubahan frekuensi keluaran ke frekuensi nominal agak tertunda (terlambat) dibandingkan dengan pemulihantegangannya. Hal ini karena perbaikan tegangan pada generator sinkron yang dilakukan oleh automatic voltage regulator(AVR) bersifat elektris, sedangkan untuk pemulihan frekuensi keluarannya bersifat mekanis (berkaitan dengan putaran). Olehkarena itu aplikasi ballast loads dengan kapasitas kecil (kurang dari 10 kW) diperlukan berikut dengan alat pengaturnya, ELC.2. Perancangan ELCPrinsip kerja pengatur beban elektronis (electronic load controller, ELC) ini adalah ELC akan memonitor frekuensi sistem

secara terus menerus. Frekuensi hasil monitor akan dibandingkan dengan frekuensi offset (nilai frekuensi yang sudahditentukan sebelumnya sesuai dengan nilai toleransi yang diijinkan). Hasil dari perbandingan digunakan untuk mengaturbesar-kecilnya ballast loads secara otomatis yakni dengan cara menambah atau mengurangi ballast loads sebagai kompensasibeban utama yang pemakaiannya tidak menentu, sehingga diharapkan total beban generator PLTMh akan terjaga pada bebanaman dan putaran generator menjadi relatif mendekati putaran konstan.2.1. Perangkat Lunak ELC

Sebagaimana diperlihatkan pada Gbr.1, ELC terdiri atas beberapa blok.A. Zero Crossig DetectorSecara sederhana Zero Crossing Detector (ZCD) didefinisikan sebagai rangkaian elektronik untuk mengubah sinyal sinusiodalmenjadi persegi.

http://ariefsullivan.wordpress.com/2012/03/03/electronic-load-controller-untuk-pltmh/http://ariefsullivan.wordpress.com/2012/03/03/electronic-load-controller-untuk-pltmh/http://ariefsullivan.wordpress.com/2012/03/03/electronic-load-controller-untuk-pltmh/http://ariefsullivan.wordpress.com/author/ariefsullivan/http://ariefsullivan.wordpress.com/author/ariefsullivan/http://ariefsullivan.wordpress.com/author/ariefsullivan/http://ariefsullivan.files.wordpress.com/2012/03/untitled.jpghttp://ariefsullivan.wordpress.com/author/ariefsullivan/http://ariefsullivan.wordpress.com/2012/03/03/electronic-load-controller-untuk-pltmh/http://ariefsullivan.wordpress.com/2012/03/03/electronic-load-controller-untuk-pltmh/

7/28/2019 Electronic Load Controller Untuk.docx

2/4

Rangkaian Zero Crossing Detector Gbr.2 diperlukan, karena mikrokontroler sebagai pengendali utama ELC hanya bisamembaca sinyal tinggi dan rendah (persegi). Oleh karena itu sumber sinyal masukan dari saluran jala-jala yang berupa sinyalsinus harus diubah menjadi sinyal persegi.

B. Pengendali Utama

Pengendali utama yang merupakan otak ELC memanfaatkan sebuah IC mikrokontroler AT89S51. Mikrokontroler diprogramuntuk mengatur beban ballast loads secara otomatis berdasarkan perubahan frekuensi saluran yang dirasakannya. Adapundiagram alur yang dirancang pada pengendali utama adalah sebagai berikut :

C.SwitchingTriac merupakan keluarga thyristor, yakni suatu devais yang berisi dua buah SCR yang dirangkai anti parallel. Triac mampumengontol listrik AC gelombang penuh tanpa membutuhkan banyak komponen tambahan. Dibandingkan kontaktor,mengaplikasikan Triac sebagai komponen switching ballast loads, maka rangkaian rangkaian switching menjadi sederhana, nonoise dan lebih ekonomis.

Cukup memakai empat buah Triac, maka ELC bisa dioperasikan untuk mengendalikan ballast loads sebesar kapasitas nominalgenerator PLTMh yakni dengan load 1 = 10 %, load 2 = 20 %, load 3 = 30 % dan load 4 = 50 % dari kapasitas nominal generator.Total kemampuan rangkain switching Gbr.4 adalah 5 kW.Triac T10 % adalah Triac dengan seri Q4004 dimana memiliki tegangan dan arus nominal 400V/4A sehingga untuk dioperasikanpada ballast loads 10 % (500 W) akan aman. Pada T20 % dan T30 % dipilih Triac dengan seri BT137 dimana memiliki tegangandan arus nominal 600V/8A sehingga untuk menanggung ballast loads 20 % dan 30 % (1 kW dan 1.5 kW), Triac masih mampu.T50 % digunakan Triac dengan seri BT139 dimana memiliki tegangan dan arus nominal 600V/16A sehingga untuk menanggungballast loads (2.5 kW) juga aman. Keempat Triac tersebut diatur konduksinya oleh port keluaran mikrokontroler (P1.0, P1.1,

http://ariefsullivan.files.wordpress.com/2012/03/untitled1.jpghttp://ariefsullivan.files.wordpress.com/2012/03/untitled3.jpghttp://ariefsullivan.files.wordpress.com/2012/03/untitled2.jpghttp://ariefsullivan.files.wordpress.com/2012/03/untitled1.jpghttp://ariefsullivan.files.wordpress.com/2012/03/untitled3.jpghttp://ariefsullivan.files.wordpress.com/2012/03/untitled2.jpghttp://ariefsullivan.files.wordpress.com/2012/03/untitled1.jpghttp://ariefsullivan.files.wordpress.com/2012/03/untitled3.jpghttp://ariefsullivan.files.wordpress.com/2012/03/untitled2.jpghttp://ariefsullivan.files.wordpress.com/2012/03/untitled1.jpghttp://ariefsullivan.files.wordpress.com/2012/03/untitled1.jpg

7/28/2019 Electronic Load Controller Untuk.docx

3/4

P1.2, P1.3) yang masing-masing melalui IC Optoisolator MOC3020. IC MOC2030 dipilih karena selain keluarannya sebagaidriver Triac, IC MOC3020 juga sebagai pengisolasi mikrokontroler dari tegangan jala-jala. Sehingga walaupun mikrokontrolerdigunakan untuk mengontrol tegangan AC 220 V, mikrokontroler tetap aman.D. Indikator FrekuensiSebagai tanda pengaman untuk mengetahui PLTMh terbebani lebih (overload) atau beban lepas (loss of load), maka pada ELCdilengkapi dengan lampu indikator under/over frekuensi.

Lampu indikator frekuensi under/over Gbr.5 memakai lampu LED 12 mm. LED-LED tersebut diaktifkan melalui Q2 dan Q3transistor PNP 9012 yang difungsikan sebagai saklar. LED akan menyala dengan memberikan bias tegangan kurang lebihsebesar 2 V dan arus sekitar 7 mA pada kaki anoda-katoda, serta kaki basis Q2 dan Q3 diberi bias rendah (low). R1 dan R3berfungsi untuk membatasi arus LED.E. CatudayaAgar semua rangkaian pada alat yang dirancang bisa bekerja dengan baik maka diperlukan suplai catudaya yang baik sesuaidengan kebutuhan atau karakteristik masing-masing komponen. Untuk pengontrol utama IC AT89S51 membutuhkan supalicatu daya DC +5 Volt, sedangkan IC OpAmp LM111 dan LM741 pada rangkaian ZCD membutuhkan suplai catudaya DC ganda 15 Volt, dan oleh karena itu diperlukan rangkaian catudaya tunggal dan ganda.

3. Hasil Pengujian

http://ariefsullivan.files.wordpress.com/2012/03/untitled6.jpghttp://ariefsullivan.files.wordpress.com/2012/03/untitled5.jpghttp://ariefsullivan.files.wordpress.com/2012/03/untitled4.jpghttp://ariefsullivan.files.wordpress.com/2012/03/untitled6.jpghttp://ariefsullivan.files.wordpress.com/2012/03/untitled5.jpghttp://ariefsullivan.files.wordpress.com/2012/03/untitled4.jpghttp://ariefsullivan.files.wordpress.com/2012/03/untitled6.jpghttp://ariefsullivan.files.wordpress.com/2012/03/untitled5.jpghttp://ariefsullivan.files.wordpress.com/2012/03/untitled4.jpg

7/28/2019 Electronic Load Controller Untuk.docx

4/4

4. Ucapan Terima KasihTerima kasih disampaikan Bpk. M. Isnaeni dan Bpk. Sujoko Sumaryono selaku dosen pembimbing serta kepada sahabat AthharArrosyad yang telah berbagi ilmu mikrokontroler dan sahabat-sahabat KOMUNIKE yang telah banyak men-support dalammenyelesaikan penelitian ini.

5. KesimpulanBerdasarkan hasil pengujian di laboratorium dan pembahasan hasil penelitian dapat diperoleh beberapa kesimpulan sebagaiberikut:1. Aplikasi ballast loads dengan menggunakan alat pengatur beban elektronis (Electronic Loads Controller) yang terdiri atastiga rangkaian utama: Zero Crossing Detector, Pengandali utama (Main Controller) dan Switching, dapat digunakan untukmenjadikan mutu/kualitas daya listrik sistem PLTMh lebih baik.2. Selain frekuensi sistem menjadi relatif konstan, implementasi ballast load dan ELC pada sistem PLTMh dapat pula turutmenjaga bahaya kenaikan tegangan sistem akibat beban ringan (underloads) ataupun saat beban lepas (no load/loss of load).6. Referensi[1] Fritz, J. Jack., Small and Mini Hydropower System, McGraw-Hill, New York, 1984.[2] Malvino, Paul Albert., Prinsip-prinsip Elektronis, Erlangga, Jakarta, 1996.

[3] Nalwan, Andi P., Panduan Praktis Teknik Antarmuka dan Pemrograman MikrokontrolerAT89C51, Elex MediaKomputindo, Jakarta, 2003.[4] Putra, Eko Agfianto., Belajar Mikrokontroler AT89C51/52/55 (Teori dan Aplikasi). Edisi kedua, Gava Media, Yogyakarta,2004.[5]http://epsdin.wordpress.com/2008/04/15/membangun-kemandirian-masyarakat-dan-bangsa-melalui-PLTMh/(diakses,27/08/2008)[6]http://energialternatif.ekon.go.id(diakses, 27/08/2008)[7]http://www.oregon.gov/ENERGY/RENEW/Hydro/docs/MicroHydroGuide.pdf(diakses, 23/01/2008)[8]http://www.smartdraw.com/tutorials/flowcharts/tutorial_02.htm(diakses, 22/08/2008)

Ditulis dalamElectric World

http://ariefsullivan.files.wordpress.com/2012/03/untitled7.jpghttp://epsdin.wordpress.com/2008/04/15/membangun-kemandirian-masyarakat-dan-bangsa-melalui-PLTMh/http://epsdin.wordpress.com/2008/04/15/membangun-kemandirian-masyarakat-dan-bangsa-melalui-PLTMh/http://epsdin.wordpress.com/2008/04/15/membangun-kemandirian-masyarakat-dan-bangsa-melalui-PLTMh/http://energialternatif.ekon.go.id/http://energialternatif.ekon.go.id/http://energialternatif.ekon.go.id/http://www.oregon.gov/ENERGY/RENEW/Hydro/docs/MicroHydroGuide.pdfhttp://www.oregon.gov/ENERGY/RENEW/Hydro/docs/MicroHydroGuide.pdfhttp://www.oregon.gov/ENERGY/RENEW/Hydro/docs/MicroHydroGuide.pdfhttp://www.smartdraw.com/tutorials/flowcharts/tutorial_02.htmhttp://www.smartdraw.com/tutorials/flowcharts/tutorial_02.htmhttp://www.smartdraw.com/tutorials/flowcharts/tutorial_02.htmhttp://ariefsullivan.wordpress.com/category/electric-world/http://ariefsullivan.wordpress.com/category/electric-world/http://ariefsullivan.wordpress.com/category/electric-world/http://ariefsullivan.files.wordpress.com/2012/03/untitled8.jpghttp://ariefsullivan.files.wordpress.com/2012/03/untitled7.jpghttp://ariefsullivan.files.wordpress.com/2012/03/untitled8.jpghttp://ariefsullivan.files.wordpress.com/2012/03/untitled7.jpghttp://ariefsullivan.wordpress.com/category/electric-world/http://www.smartdraw.com/tutorials/flowcharts/tutorial_02.htmhttp://www.oregon.gov/ENERGY/RENEW/Hydro/docs/MicroHydroGuide.pdfhttp://energialternatif.ekon.go.id/http://epsdin.wordpress.com/2008/04/15/membangun-kemandirian-masyarakat-dan-bangsa-melalui-PLTMh/http://ariefsullivan.files.wordpress.com/2012/03/untitled7.jpg