DEVELOPMENT OF THE CURRENT MEASUREMENT SYSTEM FOR ENERGY MONITORING BASED ON INTERNET OF THINGS (IoT) AT GREEN SCHOOL BALI, INDONESIA

DITA ANGGRAINI, Nazrul Effendy, S.T., M.T., Ph.D.; Daniel Ojeda Luviano., M.A.

2017 | Skripsi | S1 TEKNIK FISIKA

Green School Bali (GSB) adalah sekolah internasional yang menyediakan pendidikan berkelanjutan melalui pembelajaran berbasis kewirausahaan dan lingkungan alam. Saat ini, GSB dalam proses mengembangkan sistem manajemen energi yang berkelanjutan. GSB dipasok 2 sumber energi yaitu Perusahaan Listrik Negara (PLN) dan sistem solar yang didistribusikan ke beban total secara manual, hal tersebut mengakibatkan kehilangan daya yang tinggi ditambah oleh pembebanan antar fase yang tidak seimbang. Untuk mengatasi masalah tersebut, dibutuhkan system yang mampu melakukan pengukuran, perekaman, dan analisis mengenai performa energi. Sistem ini harus fungsional dan tidak mengganggu sistem listrik yang sudah ada untuk membantu proses distribusi daya dan penyeimbangan beban, serta dapat digunakan sebagai masukan untuk sistem pemantauan energi secara daring. Sistem pengukuran arus adalah solusi untuk pengukuran energi di GSB. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengembangkan sistem pengukuran arus interaktif yang dapat digunakan sebagai masukan untuk sistem pemantauan energi di GSB. Interhet untuk segala dipilih sebagai basis sistem karena kemampuan pengumpulan data dan berbagi informasi yang handal. Sistem ini terdiri dari data logger 3-fase tetap, data logger 3-fase portabel, dan sistem pemantauan daring. Kedua data logger mengukur dan mencatat arus, energi, dan daya puncak listrik secara rutin. Kedua data logger menggunakan Arduino Mega 2560, Current Transformer (CT), Ethernet Shield atau Wi-Fi Shield, dan layar sentuh tipe Nextion sebagai antarmuka pengguna. Sistem pemantauan menggunakan Ubidots sebagai peladen IoT. Jangkauan pengukuran CT untuk data logger 3-fase tetap dan data logger 3-fase portabel masing-masing 0-100 A dan 0-30 A. Tegangan rata-rata pada fase-R, fase-S, dan fase-T berturut-turut adalah 217 ± 2,35 V; 218 ± 2,35 V; dan 203±3,06 V dan menjadi konstanta untuk perhitungan daya dan energi. Kesalahan pengukuran CT dari data logger 3-fase tetap pada fase-R, fase-S, dan fase-T setelah keadaan tetap tercapai adalah -1%, -1%, dan 1% dengan koefisien korelasi (R2) sangat mendekati 1 di semua fase. Kesalahan pengukuran CT dari data logger 3-fase portabel pada fase-R, fase-S, dan fase-T setelah keadaan tetap adalah 1%, -1%, dan 2% dengan R2 sangat mendekat 1. Untuk pengukuran arus RMS setiap fase diambil sampel sebanyak 1.480 sampel/detik, arus rata-rata dihitung selama 15 menit dan kemudian menjadi masukan untuk perhitungan daya dan energi yang divisualisasikan ke dalam sistem pemantauan daring. Faktor daya rata-rata di GSB dihitung dengan membandingkan nilai energi dari sistem dan database offline terkait konsumsi energi PLN, faktor daya rata-rata adalah 0,83 ± 0.034. Setelah implementasi sistem, data aktual profil energi di GSB dapat diperoleh untuk analisis lebih lanjut. Audit energi rutin juga dapat dilakukan lebih mudah. Sistem ini digunakan oleh tim energi untuk memperbaiki sistem energi di GSB, digunakan oleh siswa untuk kegiatan belajar, dan dibuka secara umum bagi pihak yang tertarik. Kata Kunci- Green School Bali, Internet untuk Segala, Sistem Pemantauan Energi, Sistem Pengukuran Arus

Green School Bali (GSB) is an international school which provides education for sustainability through entrepreneurial learning and natural environment. Regarding its aim of creating the sustainable green leaders, GSB concerns to develop the sustainable energy management system. Currently, Green School is supported by 2 main power sources which come from Indonesian State Electricity Company (PLN) and Photovoltaic (PV) system which are distributed to the load based on the manual balancing and daily manual switching, which create the unbalanced load and high power loss. To solve the problems, an accurate measurement, recording, and analysis system of the power and energy is needed. The system must be functional and practical with the existing electrical system to help the switching and balancing process and can be used as the input for energy monitoring. A current measurement system is the solution for the practical energy assessment of GSB. The objective of this research is to develop the interactive current measurement system that can be used as the input for the energy monitoring system at GSB. The Internet of Things (IoT) is chosen as the base of the system due to its ability of data gathering and sharing information. The current measurement system consists of a fixed 3-phase data logger, a portable 3-phase data logger, and an online monitoring dashboard. The data loggers provide the routine measurement and recording of current, power, peak power, and cumulative energy at main PLN meter and each electrical panel respectively. The data logger uses an Arduino Mega 2560, Current Transformer (CT), Ethernet Shield or Wi-Fi Shield, and a Nextion touchscreen display as the User Interface (UI). The monitoring dashboard is using Ubidots as the IoT server. The range of CTs for the fixed and portable data loggers are 0-100 A and 0-30 A respectively. The average voltage in phase-R, phase-S, and phase-T are 217 ± 2.35 V, 218 ± 2.71 V, and 203 ± 3.06 V respectively and become the constants for power and energy calculations. The errors of the CTs of the fixed 3-phase data logger on phase-R, Phase-S, and phase-T after reaching steady state are -1%, -1%, and 1% with correlation coefficients (R2) are so close with 1. The errors of CTs of the portable 3-phase data logger on phase-R, Phase-S, and phase-T after reaching steady state are 1%, -1%, and 2% with correlation coefficients are so close with 1. The Root Mean Square (RMS) current of each phase is sampled 1,480 times/second then the average current is calculated during the time interval (15 minutes), the current values then become the input for the power and energy calculations and they are visualized into the monitoring dashboard. The approximation of average power factor at Green School is calculated by comparing the energy values from both fixed data logger and PLN meter, the average power factor is 0.83 ± 0.034. After the implementation of the system, the actual data of energy profile at Green School can be obtained for further analysis. The routine energy audit also can be performed easier. The system is used by the energy team to improve the energy system at Green School, it is also used by the students for the learning activity, and it is opened for the interested parties. Keywords - Current Measurement System, Energy Monitoring System, Green School Bali, Internet of Things

Kata Kunci : Current Measurement System, Energy Monitoring System, Green School Bali, Internet of Things