Analisis Pengaruh Beban Nonlinier Terhadap Konerja Kwh Meter Induksi Satu Fasa

ANALISIS PENGARUH BEBAN NONLINIER TERHADAP

KINERJA KWH METER INDUKSI SATU FASA

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara

Oleh :

NAMA : SOFIAN HANAFI HARAHAP

NIM

: 080402003

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

ANALISIS PENGARUH BEBAN NONLINIER TERHADAP

KINERJA KWH METER INDUKSI SATU FASA

Oleh :

NAMA : SOFIAN HANAFI HARAHAP NIM : 08 0402 003

Tugas akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

pada

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Sidang pada tanggal 19 bulan Januari tahun 2013 di depan penguji : 1) Ir. Eddy Warman : Ketua Penguji : ……… 2) Ir. Raja Harahap, MT : Anggota Penguji : ……… 3) Ir. Syamsul Amin, M.Si : Anggota Penguji : ………

Disetujui Oleh : Pembimbing Tugas Akhir

(Ir. Masykur Sjani, MT) NIP : 19511030198103 1 001

Diketahui oleh :

Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU

(Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si) NIP :19540531 198601 1 002

ANALISIS PENGARUH BEBAN NONLINIER TERHADAP

KINERJA KWH METER INDUKSI SATU FASA

Oleh :

NAMA : SOFIAN HANAFI HARAHAP NIM : 08 0402 003

Tugas akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

pada

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Sidang pada tanggal 19 bulan Januari tahun 2013 di depan penguji 1) Ir. Eddy Warman : Ketua Penguji

2) Ir. Raja Harahap, MT : Anggota Penguji 3) Ir. Syamsul Amin, M.Si : Anggota Penguji

Diketahui oleh : Disetujui Oleh :

Ketua Departemen Teknik Elektro Pembimbing Tugas Akhir

(Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si) (Ir. Masykur Sjani, MT NIP :19540531 198601 1 002 NIP : 19511030 198103 1 001

ABSTRAK

Energi listrik aktif yang digunakan oleh pemakai atau pelanggan diukur atau dicatat dengan kWh meter. Pada penelitian ini, kWh meter yang dipakai penulis untuk mengukur atau mencatat energi yang terpakai adalah kWh meter jenis induksi. kWh meter memiliki piringan yang berputar berdasarkan torsi yang dihasilkan yang sebanding dengan daya yang dipakai. Torsi ini juga dipengaruhi oleh harmonisa. Harmonisa ditimbulkan oleh beban nonlinier. Pada tulisan ini dianalisis seberapa besar pengaruh beban nonlinier terhadap kinerja kWh meter induksi satu fasa.

Dari hasil pengujian diperoleh bahwa adanya harmonisa mengakibatkan energi yang terukur dan persentase kesalahan pembacaan kWh meter semakin besar jika dibandingkan tanpa harmonisa.Komposisi harmonisa arus dan tegangan tiap-tiap beban yang paling dominan adalah harmonisa ke-3, harmonisa ke-5, dan harmonisa ke-7 serta persentase kesalahan pembacaan kWh meter dan THDI

terbesar pada penelitian ini terjadi pada pembebanan laptop yaitu sebesar 41.69 % dan 143.64 %.

KATA PENGANTAR

Dengan Nama ALLAH Yang Maha Pengasih Lagi Maha Penyayang

Puji syukur alhamdullilah penulis ucapkan kehadirat ALLAH SWT atas rahmat dan karunia yang dilimpahkan sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini, serta shalawat beriring salam penulis hadiahkan ke junjungan Rasulullah Muhammad SAW.

Tugas akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu ayahanda (Samsul Rizal Harahap ), dan ibunda ( Nur Asiah Nasution ), serta adik-adikku yang sangat saya sayangi (Maya Sari, Azizah Fitri, Abdul Rouf as-salam, Azwir Amir Sadi, Ilham Suhairi, Aulia Rahman, Misna Arwani, Ummi Hani, Erda Mustika, Dina lestari, Sri Indah Juliani, Afifah Fajri Aini, Lutfi Aditya) yang senantiasa mendukung dan mendo’akan dari sejak penulis kuliah hingga sekarang.

Tugas akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah :

ANALISIS PENGARUH BEBAN NONLINIER TERHADAP KINERJA KWH METER INDUKSI SATU FASA

Selama masa perkuliahan sampai masa penyelesaian tugas akhir ini, penulis banyak memperoleh bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hati penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Ir. Masykur Sjani, MT, selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas segala bimbingan, pengarahan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Yulianta Siregar ST, MT selaku dosen Wali penulis atas bimbingan dan arahannya dalam menyelesaikan perkuliahan.

3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si selaku Pelaksana Harian Ketua Departemen Teknik Elektro FT-USU dan Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT-USU.

4. Bang Isroy, ST, selaku pegawai di Laboratorium Konversi Energi Listrik FT USU yang telah banyak membantu Penelitian ini.

5. Seluruh Staf Pengajar di Departemen Teknik Elektro USU dan Seluruh Karyawan di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektro USU.

6. Semua keluarga yang ada di Pijorkoling, Bandar Selamat, dan Sei Rotan. 7. Roihan Anshori, yang selalu mendukung penulis dan tak henti-hentinya

memberi semangat kepada penulis.

8. Teman-teman angkatan ’08, Harmoko (terimakasih atas motivasinya), Teguh Eko (terimakasih atas masukan-masukannya), Syahrizal, Eka Rahmad (terimakasih atas kerjasamanya), Syukur, Fakhrurazi, Prajiwajhari, dan seluruh teman-teman Elektro ’08 lainnya, terimakasih atas dukungannya.

9. Semua abang senior bang Irham ‘07, bang Habibi ’07, bang Binsar ’07, bang Fauzan ‘07, dan adik junior yang telah mau berbagi pengalaman, masukkan, dan motivasi kepada penulis.

10. Asisten Laboratorium Pengukuran Besaran Listrik Agung, Dimas, Rizal, Tondi, dan tidak lupa juga kepada Wangto, Rizki, Budi, Doni, Reza yang telah banyak membantu dan mendukung penulis dalam penelitian.

11. Dan pihak-pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Akhir kata penulis menyadari bahwa tulisan ini masih banyak kekurangannya. Kritik dan saran dari pembaca untuk menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Semoga Tugas Akhir ini dapat memberi manfaat khususnya bagi penulis pribadi maupun bagi semua pihak yang membutuhkannya. Kepada Allah SWT jualah penulis menyerahkan diri.

Medan, Januari 2013 Penulis

NIM : 080402003 Sofian Hanafi Harahap

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... xi

DAFTAR TABEL ... xiv

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 3

1.3 Tujuan Penelitian ... 3

1.4 Manfaat Penelitian ... 3

1.5 Batasan Masalah ... 3

1.6 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Umum ... 6

2.2 Prinsip Kerja kWh Meter Satu Fasa ... 6

2.3 Kesalahan kWh Meter ... 14

2.3.1 kWh Meter Pada Pembebanan Konstan. ... 14

2.3.2 Menghitung Kesalahan kWh Meter ... 15

2.4 Rangkaian Ekivalen kWh Meter Satu Fasa ... 17

2.5.1 1 Phasa (phasa tunggal) . ... 18

2.6 Perhitungan kWh Meter ... 19

2.7 Beban . ... 19

2.7.1 Beban Linier. ... 19

2.7.2 Beban Nonlinier. ... 21

2.8 Harmonisa... 22

2.8.1 Standard Distorsi Harmonisa. ... 24

2.8.2 Persamaan Harmonisa. ... 26

2.8.3 Sumber Harmonisa. ... 32

2.8.3.1 Pada Sisi Pembangkitan. ... 32

2.8.3.2 Pada Sisi Penyaluran. ... 33

2.8.3.3 Pada Sisi Beban. ... 33

2.8.4 Jenis-Jenis Harmonisa. ... 34

2.8.5 Dampak Harmonisa Pada Peralatan. ... 38

2.8.6 Identifikasi Harmonisa Pada kWh Meter Induksi. ... 41

2.8.7 Alat Ukur Harmonisa. ... 41

BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Umum ... 43

3.2 Waktu dan Tempat Penelitian ... 43

3.3 Lama Penelitian ... 43

3.4 Pendekatan Penelitian ... 44

3.5 Obyek Penelitian ... 44

3.7 Metode Pengumpulan Data ... 45

3.7.1 Metode Dokumentasi ... 45

3.7.2 Metode Observasi ... 45

3.8 Langkah-Langkah Penelitian ... 45

3.8.1 Tahap Persiapan . ... 45

3.8.2 Tahap Pengambilan Data. ... 46

3.9 Teknik Analisis Data ... 47

3.10 Alat dan Bahan. ... 48

3.11 Rangkaian Pengujian. ... 49

3.12 Prosedur Pengujian. ... 49

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Umum ... 51

4.2 Hasil Penelitian ... 51

4.2.1 Pengujian Beban Linier ... 52

4.2.1.a Analisa Data Persen Kesalahan Beban Linier 52 4.2.2 Pengujian Beban Nonlinier dan Campuran ... 55

4.2.3 Pengujian Pada Beban 5XL ... 55

4.2.3.a Analisa IHD Tegangan Untuk Beban 5 XL ... 56

4.2.3.b Analisa IHD Arus Untuk Beban 5 XL ... 56

4.2.3.c Analisa THD Arus dan Tegangan Untuk Beban 5 XL ... 57 4.2.3.d Analisa Persen Kesalahan Pada Beban 5 XL . 57 4.2.3.e Analisa Persen Kesalahan Tiap

Orde Harmonisa Pada Beban 5 XL ... 58 4.2.3.f Bentuk Gelombang Arus dan Tegangan

Pada Beban 5 XL ... 59 4.2.4 Pengujian Pada Beban 2 TL ... 61 4.2.4.a Analisa IHD Tegangan Untuk Beban 2 TL .... 61 4.2.4.b Analisa IHD Arus Untuk Beban 2 TL ... 62 4.2.4.c Analisa THD Arus dan Tegangan Untuk

Beban 2 TL ... 62 4.2.4.d Analisa Persen Kesalahan Pada Beban 2 TL . 63 4.2.4.e Analisa Persen Kesalahan Tiap

Orde Harmonisa Pada Beban 2 TL ... 63 4.2.4.f Bentuk Gelombang Arus dan Tegangan

Pada Beban 2 TL ... 64 4.2.5 Pengujian Pada Beban 5 XL dan 2 TL ... 65

4.2.5.a Analisa IHD Tegangan Untuk Beban

5 XL dan 2 TL ... 66 4.2.5.b Analisa IHD Arus Untuk Beban

5 XL dan 2 TL ... 66 4.2.5.c Analisa THD Arus dan Tegangan Untuk

Beban 5 XL dan 2 TL ... 67 4.2.5.d Analisa Persen Kesalahan Pada Beban

5 XL dan 2 TL ... 67 4.2.5.e Analisa Persen Kesalahan Tiap

4.2.5.f Bentuk Gelombang Arus dan Tegangan

Pada Beban 5 XL dan 2 TL ... 70 4.2.6 Pengujian Pada Beban Laptop ... 71

4.2.6.a Analisa IHD Tegangan Untuk Beban

Laptop ... 72 4.2.6.b Analisa IHD Arus Untuk Beban Laptop ... 72 4.2.6.c Analisa THD Arus dan Tegangan Untuk

Beban Laptop ... 73 4.2.6.d Analisa Persen Kesalahan Pada Beban

Laptop ... 73 4.2.6.e Analisa Persen Kesalahan Tiap

Orde Harmonisa Pada Beban Laptop ... 73 4.2.6.f Bentuk Gelombang Arus dan Tegangan

Pada Beban Laptop ... 75 4.2.7 Pengujian Pada Beban 2 TL, 2 Pijar, dan 1 XL ... 76

4.2.7.a Analisa IHD Tegangan Untuk Beban

2 TL, 2 Pijar, dan 1 XL ... 77 4.2.7.b Analisa IHD Arus Untuk Beban

2 TL, 2 Pijar, dan 1 XL ... 77 4.2.7.c Analisa THD Arus dan Tegangan Untuk

Beban 2 TL, 2 Pijar, dan 1 XL ... 78 4.2.7.d Analisa Persen Kesalahan Pada Beban

2 TL, 2 Pijar, dan 1 XL ... 78 4.2.7.e Analisa Persen Kesalahan Tiap Orde

Harmonisa Pada Beban

2 TL, 2 Pijar, dan 1 XL ... 79 4.2.7.f Bentuk Gelombang Arus dan Tegangan

Pada Beban 2 TL, 2 Pijar, dan 1 XL ... 81 4.3 Grafik . ... 82

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ... 83 5.2 Saran ... 83

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Prinsip suatu meter penunjuk energi listrik arus

bolak-balik (jenis induksi) ... 7

Gambar 2.2 Arus -arus eddy pada suatu piring ... 8

Gambar 2.3 Diagram phasor tegangan dan arus pada alat ukur induksi ... 10

Gambar 2.4 Diagram phasor tegangan dan arus pada kWh meter 12

Gambar 2.5 Rangkaian ekivalen kWh meter satu fasa ... 18

Gambar 2.6 Skema diagram 1 phasa 2 kawat ... 18

Gambar 2.7 Kurva Arus-Tegangan beban linier ... 20

Gambar 2.8 Bentuk gelombang pada beban linier ... 20

Gambar 2.9 Rangkaian pengganti untuk beban linier ... 21

Gambar 2.10 Kurva Arus-Tegangan beban nonlinier ... 22

Gambar 2.11 Rangkaian pengganti untuk beban nonlinier ... 22

Gambar 2.12 Bentuk gelombang pada beban nonlinier ... 23

Gambar 2.13 Gelombang fundamental, harmonisa ketiga dan hasil penjumlahannya ... 24

Gambar 2.14 Bentuk grafik fungsi ganjil ... 29

Gambar 2.15 Bentuk grafik fungsi genap ... 30

Gambar 2.16 Perubahan bentuk gelombang akibat adanya harmonisa ... 34

Gambar 2.18 Fasor harmonik urutan negatif ... 36

Gambar 2.19 Fasor harmonik urutan nol ... 37

Gambar 2.20 Power System Multimeter ... 42

Gambar 2.21 Sistem pengawatan PSM ... 42

Gambar 3.1 Rangkaian pengujian ... 49

Gambar 4.1.a Bentuk gelombang arus dan tegangan beban 5 XL ... 60

Gambar 4.1.b dan c Spektrum dari gelombang tegangan dan arus beban 5 XL ... 60

Gambar 4.1.d Grafik % error terhadap orde harmonisa beban 5 XL ... 60

Gambar 4.2.a Bentuk gelombang arus dan tegangan beban 2 TL ... 64

Gambar 4.2.b dan c Spektrum dari gelombang tegangan dan arus beban 2 TL ... 65

Gambar 4.2.d Grafik % error terhadap orde harmonisa beban 2 TL ... 65

Gambar 4.3.a Bentuk gelombang arus dan tegangan beban 5 XL dan 2 TL ... 70

Gambar 4.3.b dan c Spektrum dari gelombang tegangan dan arus beban 5 XL dan 2 TL ... 70

Gambar 4.3.d Grafik % error terhadap orde harmonisa beban 5 XL dan 2 TL ... 71 Gambar 4.4.a Bentuk gelombang arus dan tegangan beban

Laptop ... 75 Gambar 4.4.b dan c Spektrum dari gelombang tegangan dan arus beban

Laptop ... 76 Gambar 4.4.d Grafik % error terhadap orde harmonisa

beban Laptop ... 76 Gambar 4.5.a Bentuk gelombang arus dan tegangan beban

2 TL, 2 Pijar, dan 1 XL ... 81 Gambar 4.5.b dan c Spektrum dari gelombang tegangan dan arus beban

2 TL, 2 Pijar, dan 1 XL ... 81 Gambar 4.5.d Grafik % error terhadap orde harmonisa

beban 2 TL, 2 Pijar, dan 1 XL ... 82 Gambar 4.6 Grafik energi sebenarnya (ES) terhadap % THDI ... 82

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Perbandingan penelitian terdahulu dengan penelitian yang akan

dilakukan ... 2

Tabel 2.1 Batas distorsi arus yang diakibatkan harmonisa menurut IEEE 519-1992 ... 25

Tabel 2.2 Batas distorsi tegangan yang diakibatkan harmonisa menurut IEEE 519-1992 ... 25

Tabel 2.3 Urutan polaritas harmonisa pada sistem tiga phasa ... 37

Tabel 2.4 Akibat dari polaritas dari komponen harmonisa ... 38

Tabel 2.5 Dampak Harmonisa pada Peralatan ... 40

Tabel 4.1 Data pengujian untuk beban linier tegangan tetap beban berubah ... 52

Tabel 4.2 Data pengujian untuk beban nonlinier dan campuran ... 55

Tabel 4.3 Data kandungan harmonisa arus dan tegangan pada beban 5 XL ... 55

Tabel 4.4 Data kandungan harmonisa arus dan tegangan pada beban 2 TL ... 61

Tabel 4.5 Data kandungan harmonisa arus dan tegangan pada beban 5 XL dan 2 TL ... 65

Tabel 4.6 Data kandungan harmonisa arus dan tegangan pada beban Laptop …... 71

Tabel 4.7 Data kandungan harmonisa arus dan tegangan pada beban 2 TL, 2 Pijar, dan 1 XL ……….……….………... 76

ABSTRAK

Energi listrik aktif yang digunakan oleh pemakai atau pelanggan diukur atau dicatat dengan kWh meter. Pada penelitian ini, kWh meter yang dipakai penulis untuk mengukur atau mencatat energi yang terpakai adalah kWh meter jenis induksi. kWh meter memiliki piringan yang berputar berdasarkan torsi yang dihasilkan yang sebanding dengan daya yang dipakai. Torsi ini juga dipengaruhi oleh harmonisa. Harmonisa ditimbulkan oleh beban nonlinier. Pada tulisan ini dianalisis seberapa besar pengaruh beban nonlinier terhadap kinerja kWh meter induksi satu fasa.

Dari hasil pengujian diperoleh bahwa adanya harmonisa mengakibatkan energi yang terukur dan persentase kesalahan pembacaan kWh meter semakin besar jika dibandingkan tanpa harmonisa.Komposisi harmonisa arus dan tegangan tiap-tiap beban yang paling dominan adalah harmonisa ke-3, harmonisa ke-5, dan harmonisa ke-7 serta persentase kesalahan pembacaan kWh meter dan THDI

terbesar pada penelitian ini terjadi pada pembebanan laptop yaitu sebesar 41.69 % dan 143.64 %.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pada suatu sistem distribusi tenaga listrik baik komersial maupun industri, pembacaan energi listrik dangan benar sangat penting untuk mendapat perhatian baik oleh pelanggan maupun penyedia energi listrik. kWh meter adalah merupakan suatu peralatan ukur listrik yang digunakan untuk mengukur atau mencatat besaran energi listrik aktif yang digunakan oleh pemakai atau pelanggan. kWh meter digunakan oleh pihak PLN untuk menghitung besar pemakaian daya konsumen. Bagian utama dari sebuah kWh meter adalah kumparan tegangan, kumparan arus, piringan aluminium, magnet tetap yang tugasnya menetralkan piringan aluminium dari induksi medan magnet dan gear mekanik yang mencatat jumlah perputaran piringan aluminium. Alat ini bekerja menggunakan metode induksi medan magnet, dimana medan magnet tersebut menggerakkan piringan yang terbuat dari aluminium. Putaran piringan tersebut akan menggerakkan counter digit sebagai tampilan jumlah kWh nya.Harmonisa merupakan suatu fenomena yang timbul yang diakibatkan pemakaian beban nonlinier seperti lampu hemat energi (LHE), komputer, printer, inverter, dan peralatan lainnya yang menggunakan bahan semikonduktor. Beban nonlinier adalah peralatan yang menghasilkan gelombang-gelombang arus yang berbentuk sinusoidal berfrekuensi tinggi yang disebut dengan arus harmonisa. Jadi harmonisa adalah suatu gelombang arus atau tegangan sinusoidal yang frekuensinya merupakan kelipatan

bilangan bulat dari frekuensi fundamentalnya. Jika frekuensi fundamentalnya 50 HZ, maka harmonisa kedua adalah gelombang sinusoidal dengan frekuensi 100

HZ, harmonisa ketiga adalah gelombang sinusoidal dengan frekuensi 150 HZ dan

seterusnya. Dalam Tugas Akhir ini penulis mencoba menjelaskan pengaruh beban nonlinier terhadap kinerja kWh meter induksi satu fasa. Perbandingan penelitian terdahulu dengan penelitian yang akan dilakukan penulis dapat dilihat dalam Tabel 1.1.

Tabel 1.1 Perbandingan penelitian terdahulu dengan penelitian yang akan dilakukan

No Nama Judul Penelitian

Jenis Beban Metode Identifikasi Harmonisa Jenis kWh Meter Tempat dan Tahun Penelitian 1 Ahmed A.

Hossam-Eldin dan Reda

Mohammed Hasan

Study of The Effect of Harmonics On Measurments of The Energy Meters Beban nonlinier (Electric Arc Furnaces, Static Power Converters) Melakukan Pengukuran Harmonisa kWh Meter Induksi Electrical Engineering Department, Alexandria University Alexandria, Egypt, 2006 2 Indrajit

Purkayastha dan Paul J. Savoie Effect of Harmonics on Power Measurement Beban nonlinier (drive control, switched mode power supply) Melakukan Pengukuran Harmonisa kWh Meter Induksi IEEE Transactions On Industry Applications, Vol. 26, No. 5, September/ October 1990 3 Penulis Analisis

Pengaruh Beban Nonlinier Terhadap Kinerja kWh Meter Induksi Satu Fasa Beban nonlinier (lampu hemat energi, dan laptop) Melakukan Pengukuran Harmonisa kWh Meter Induksi Laboratorium Pengukuran Besaran Listrik, Departemen Teknik Elektro, USU Medan, 2012

1.2 Rumusan Masalah

Beban nonlinier adalah beban yang menghasilkan gelombang-gelombang yang berbentuk sinusoidal, akan tetapi mempunyai frekuensi tinggi. Arus dan tegangan harmonisa akan mempengaruhi besarnya torsi yang dihasilkan, sehinggga akan terjadi kesalahan pembacaan pada kWh meter jenis induksi. Dalam penelitian ini akan di analisis seberapa besar persen kesalahan pembacaan dari kWh meter induksi satu fasa akibat arus dan tegangan harmonisa.

1.3 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah untuk mengetahui dan memperlihatkan seberapa besar pengaruh beban nonlinier terhadap kinerja kWh meter induksi satu fasa.

1.4 Manfaat Penelitian

Penelitian akan dilakukan di Laboratorium Pengukuran Besaran Listrik, diharapkan dapat memperluas ilmu pengetahuan tentang pengaruh harmonisa terhadap peralatan dalam hal ini kWh meter jenis induksi.

1.5 Batasan Masalah

Agar isi dan pembahasan tugas akhir ini menjadi terarah dan dapat mencapai hasil yang diharapkan, maka penulis perlu membuat batasan masalah yang akan dibahas. Adapun batasan masalah pada penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

1. kWh meter yang penulis ambil sebagai aplikasi adalah kWh meter induksi satufasa yang ada di Laboratorium Pengukuran Besaran Listrik.

2. Lokasi kWh meter tidak mengandung gas kimia, dan suhu tidak melebihi 400C.

3. kWh meter yang diteliti adalah kWh meter yang dipasang dalam ruangan. 4. Tidak menghitung kerugian yang diakibatkan persen kesalahan pencatatan

kWh meter.

5. Tidak membahas solusi penanggulangan harmonisa yang diakibatkan beban nonlinier.

1.6 Sistematika Penulisan

Untukmemberikan gambaran terhadap Tugas Akhir ini, maka penulismenyusun sistematika penulisan sebagai berikut :

BAB 1 PENDAHULUAN

Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar belakang, rumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah, metode penulisan, dan sistematika penulisan.

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini membahas tentang kWh meter secara umum, prinsip kerja, rangkaian ekivalen, jaringan meter listrik, perhitungan kWh meter, beban linier, beban nonlinier dan harmonisa.

BAB 3 METODE PENELITIAN

Berisi tentang metode penelitian, waktu dan tempat, teknik pengumpulan data, teknik analisis data, dan prosedurpengujian.

BAB 4 HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

Bab ini membahas tentangkomposisi harmonik pada beban nonlinierpada kWh meter induksi, hubungan beban nonlinier terhadap kondisi harmonik tegangan dan arus pada kWh meter induksi, dan persen kesalahan pembacaan kWh meter induksi.

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan penulis mengenai pembahasan pada bab-bab sebelumnya serta saran dari penulis mengenai permasalahan di dalam penulisan tugas akhir ini.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Umum

kWh meter (kilo Watthours meter) adalah suatu alat ukur yang dapat mengukur daya aktif listrik. Besar tagihan listrik biasanya berdasarkan pada angka-angka yang tertera pada kWh meter setiap bulannya. kWh meter ada tiga tipe, yaitu kWh meter tipe dinamometer (elektrodinamis), kWh meter tipe induksi dan kWh meter tipe thermocouple. kWh meter tipe induksi merupakan tipe yang paling banyak digunakan oleh konsumen listrik. kWh meter induksi bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik.

2.2 Prinsip Kerja kWh Meter Satu Fasa

Sistem kWh meter adalah alat penghitung pemakaian energi listrik. Alat ini bekerja menggunakan metode induksi medan magnet dimana medan magnet tersebut menggerakkan cakram yang terbuat dari alumunium. Pada cakram alumunium itu terdapat poros yang mana poros tersebut akan menggerakkan

counter digit sebagai tampilan jumlah kWh nya. kWh meter memiliki dua kumparan yaitu kumparan tegangan dengan koil yang diameternya tipis dengan kumparan lebih banyak dari pada kumparan arus dan kumparan arus dengan

koilyang diameternya tebal dengan kumparan lebih sedikit. Pada kWh meter juga terdapat magnet permanen yang tugasnya menetralkan piringan alumunium dari induksi medan magnet, medan magnet memutar piringan alumunium. Arus listrik yang melalui kumparan arus mengalir sesuai dengan perubahan arus terhadap waktu. Hal ini menimbulkan adanya medan di permukaan kawat tembaga pada

koil kumparan arus. Kumparan tegangan membantu mengarahkan medan magnet agar menerpa permukaan alumunium sehingga terjadi suatu gesekan antara piringan alumunium dengan medan magnet disekelilingnya. Dengan demikian maka piringan tersebut mulai berputar dan kecepatan putarnya dipengaruhi oleh besar kecilnya arus listrik yang melalui kumparan arus. Koneksi kWh meter dimana ada empat buah terminal yang terdiri dari dua buah terminal masukan dari jala – jala listrik PLN dan dua terminal lainnya merupakan terminal keluaran yang akan menyuplai tenaga listrik ke rumah. Dua terminal masukan di hubungkan ke kumparan tegangan secara paralel dan antara terminal masukan dan keluaran di hubungkan ke kumparan arus secara seri, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1 berikut.

Gambar 2.1 Prinsip suatu meter penunjuk energi listrik arus bolak-balik ( jenis induksi)

Keterangan :

Cp = Inti besi kumparan tegangan Cc = Inti besi kumparan arus Wp = Kumparan tegangan Wc = Kumparan arus

D = Kepingan roda Aluminium J = Roda-roda pencatat ( register )

M = Magnet permanen sebagai pengerem keping aluminium, saat beban kosong S = Kumparan penyesuai beda fase arus dan tegangan

Dan Gambar 2.2 menunjukkan perbedaan fase antara Ф1dan Ф2

Gambar 2.2 Arus -arus eddy pada suatu piring

Pada saat arus beban mengalir pada kumparan arus yaitu I1, arus akan menimbulkan flux magnit Ф1, sedangkan pada kumparan tegangan terjadi

perbedaan fase antara arus dan tegangan sebesar 900, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.2, hal ini karena kumparan tegangan bersifat induktor. Arus yang melalui kumparan tegangan yaitu I2akan menimbulkan flux magnit Ф2 yang

berbeda fase 900dengan Ф1. Perbedaan fase antara Ф1dan Ф2 akan menyebabkan

momen gerak pada keping aluminium ( D ) sehingga berputar. Putaran keping Aluminium ( piringan ) akan di transfer pada roda-roda pencatat. Fluksi-fluksi ini akan memotong piring aluminium, sehingga didalam piring terinduksi tegangan induksi, yaitu:

�

1

=

��1

�� ………(2.1)

Dan

�

2

=

��2

�� ………(2.2)

Karena arus I1 dan I2 pada gambar 2.2 berbentuk sinus, fluksi yang

dibangkitkan akan berbentuk sinus juga, yaitu:

Φ1= Φ1msinωt ………(2.3)

Φ2= Φ2msin(ωt-α) ………...………(2.4)

Jika disubstitusi persamaan (2.3) dan (2.4) ke persamaan (2.1)dan (2.2), maka akan diperoleh:

�1 =

�

�� (�1� sin��)

�2 =

�

�� (�2� sin(�� − �))

= ��2� cos(�� − �) ………..…………(2.6)

Tegangan induksi ini akan mengalirkan arus induksi dalam piring, yaitu:

�

1

=

�1

�

=

��1� cos ��

� ………(2.7)

�

2

=

� 2 �

=

��2_� cos (�� −�)

� ……….…………(2.8)

Diagram phasor tegangan dan arus ditunjukkan pada Gambar 2.3 berikut ini:

E 2

1

E 1 i

2

i

I1

I₂

Ф

1

Ф

2 900

900

α

Gambar 2.3 Diagram phasor tegangan dan arus pada alat ukur induksi Interaksi antara fluksi Ф1dan arus induksi i2 menghasilkan momen T1 dan

interaksi antara Ф2 dan arus induksi i1 menghasilkan momen T2, yaitu:

T1 = k1Ф1i2

= �1�

T2 = k2Ф2i1

= �2�

� �1��2� sin(�� − �) cos�� ...(2.10)

Maka momen total yang memutar piring adalah: T = T1- T2

= k3Ф1mФ2m{sinωtcos(ωt-α) - sin(ωt-α)cosωt}

= k3Ф1mФ2m{sinωt(cosωtcosα + sinωtsinα) –

(sinωtcosα – sinαcosωt)cosωt}

T = k3Ф1mФ2m{sinωtcosωtcosα + sin2ωtsinα –

sinωtcosωtcosα + cos2ωtsinα} T = k3Ф1mФ2m{(sin2ωt + cos2ωt)sinα}

T = k3Ф1mФ2m sinα ……….…………(2.11)

Sedangkan fluksi Ф1m sebanding dengan arusIV pada kumparan tegangan,

jika jumlah lilitan kumparan tegangan dibuat besar sehingga mempunyai reaktansi yang besar, maka arus I1 sebanding dengan tegangan V yang berbeda phasa 900

lagging. Kumparan arus menghasilkan Ф2m yang besarnya sebanding dengan arus beban I, dimana arus beban I berbeda phasa sebesar sudut φ terhadap tegangan V. Diagram phasor tegangan dan arus ditunjukkan pada Gambar 2.4 berikut ini:

Iv

V

I

Ф

1

Ф

2

90

0

α

φ

Gambar 2.4 Diagram phasor tegangan dan arus pada kWh meter Berdasarkan diagram phasor Gambar 2.4 diatas, maka momen putar dari persamaan (2.11) dapat diganti dengan:

T = k3VIsin(900-φ)

= k3VIcosφ

= k3P ………...…….………..……(2.12) Dimana: P = VIcosφ = daya pada beban

Dari persamaan (2.12) diatas, maka dapat disimpulkan bahwa momen putar yang memutar piring sebanding dengan daya pada beban.

Jika harga rms total harmonisa tegangan adalah:

���� = �� �ℎ2 ∞ ℎ=1

Dan harga rms total harmonisa arus adalah:

���� = �� �ℎ2 ∞ ℎ=1

… … … . … . (2.14)

Maka persamaan (2.12) dapat diganti dengan persamaan momen putar yang ber harmonisa

�=�₃��₁+�� �_ℎ2

∞ ℎ=2

� ��1+�� �ℎ2

∞ ℎ=2

� ����… … … … . (2.15)

Dimana:

Vh = Harga rms tegangan untuk harmonisa ke-h (Volt)

Ih = Harga rms arus untuk harmonisa ke-h (Ampere)

Dengan demikian kepingan alumunium D, terjadi momen gerak TD yang

berbanding lurus terhadap daya beban yang diperlihatkan dalam persamaan (2.12). Bila kepingan alumunium berputar dengan kecepatan N, sambil berputar D akan memotong garis-garis fluksi Фm dari magnet permanen, menyebabkan terjadinya

arus-arus pusar yang berbanding lurus terhadap N.Фm didalam kepingan

alumunium tersebut. Arus-arus pusar ini akan memotong garis-garis fluksi Фm

sehingga kepingan D akan mengalami suatu momen rendaman Td yang

berbanding lurus terhadap N.Фm2, bila momen tersebut yaitu TD dan Td ada dalam

keadaan seimbang, maka hubungan di bawah ini akan berlaku:

� = ��

����2 ������ ………..…………(2.17)

Kd dan Km sebagai suatu konstanta. Dari persamaan tersebut terlihat

bahwa kecepatan putar N, dari kepingan D adalah berbanding lurus dengan beban VI cos φ, perputaran dari kepingan tersebut untuk jangka waktu tertentu berbanding dengan energi yang akan diukur. Untuk mencapai perputaran tertentu, maka perputaran dari keping D ditransformasikan melalui sistem mekanis tertentu, kepada alat penunjuk roda-roda angka transformasi dari kecepatan putar roda angka berputar lebih lambat dibanding dengan kepingan D. Dengan demikian maka alat penunjuk atau roda angka menunjukkan energi yang diukur dalam kWh (kilo Watt Jam) setelah melalui kalibrasi tertentu.

2.3 Kesalahan kWh Meter

kWh meter menghitung jumlah energi yang mengalir tidak saja pada pembebanan konstan, tetapi juga pada pembebanan yang berubah. Untuk menentukan benar tidaknya penunjukan kWh meter, maka kWh meter dioperasikan pada pembebanan yang tertentu dan mengukur besarnya daya yang mengalir serta mengamati kWh meter yang sedang di test. Jika daya dijaga konstan dalam selang waktu tertentu maka jumlah energi yang mengalir dapat dihitung. Dari pengamatan kerja kWh meter dapat dihitung juga berapa penunjukan kWh meter.

2.3.1 kWh Meter Pada Pembebanan Konstan

Jika daya yang mengalir konstan, maka untuk suatu kWh meter dapat kita tuliskan hubungan

� =�� = �

� (kWh) ………..(2.18)

Dimana :

E = energi (kWh)

N = ω t = Jumlah putaran piringan ( putaran ) ω = jumlah putaran per jam ( rph = put/jam )

C = Konstanta kWh meter ( Put/kWh) P = Daya (kW)

t = Waktu (detik)

Dari hubungan tersebut, terlihat bahwa untuk suatu harga daya tertentu, kecepatan piringan kWh metre ω tertentu juga:

� = �

� = �� ……….………..(2.19)

Atau untuk suatu jumlah putaran tertentu dibutuhkan waktu: � = �

�� ……….………(2.20)

2.3.2 Menghitung Kesalahan kWh Meter

Kesalahan dalam persen dapat dinyatakan

%

kesalahan = ��−��

�� x 100 % ………..……….…..(2.21)

Jika untuk membuat N putaran diperlukan waktu t detik, sedangkan daya yang masuk sebesar P watt, maka jumlah energi sebenarnya ES adalah:

�

�

=

_{3600 ×1000}�.�

(kWh)

……….………..……….(2.23)

Dimana:

EP = Jumlah energi yang dicatat oleh meteran yang terpasang

ES = Jumlah energi yang sebenarnya

Maka kesalahan dalam persen adalah: % kesalahan = 100(�.3600.1000_�

.�.� − 1)………(2.24)

Persen kesalahan dapat juga dihitung dengan membandingkan kecepatan putaran, jika daya yang mengalir adalah P watt, maka kecepatan putar piringan sebenarnya adalah:

�

�

=

�

₁₀₀₀� (putaran per jam) …….……….……..(2.25)

Kecepatan perputaran piring yang diukur adalah

�

=

�.3600

� (putaran per jam) …….………..…...……..(2.26)

Maka kesalahan dalam persen dapat dinyatakan:

% kesalahan =

(

�

��

−

1)

100% ………...……….(2.27)

Jika dihitung dengan waktu, maka waktu yang sebenarnya diperlukan untuk membuat N putaran pada daya P watt adalah:

�

�

=

� � 3600�

� 1000

=

�.3600.1000

�.� ...(2.28)

Maka kesalahan dalam persen dapat dinyatakan dengan:

% ������ℎ�� = ��−��_�

� × 100 % ...(2.29)

2.4 Rangkaian Ekivalen kWh Meter Satu Fasa

kWh meter digunakan untuk mengukur energi arus bolak balik, alat ukur ini untuk mengetahui besarnya daya nyata (daya aktif). Pada alat ukur ini terdapat kumparan arus dan kumparan tegangan,sehingga cara penyambungan watt pada umumnya merupakankombinasi cara penyambungan voltmeter dan amperemeter. kWh meter merupakan alat ukur yang sangat penting, untuk kWh yang diproduksi, disalurkan ataupun kWh yang dipakai konsumen-konsumen listrik. Alat ukur ini sangat popular dikalangan masyarakat umum, karena banyak terpasang pada rumah-rumahpenduduk (konsumen listrik) dan menentukan besar kecilnya rekening listrik sipemakai.Mengingat sangat pentingnya arti kWh meter ini baik bagi PLN ataupunsipemakai, maka agar diperhatikan benar cara penyambungan alat ukur ini.Gambar 2.5 ditunjukkan penyambungan kWh meter yang benar.

Gambar 2.5 Rangkaian ekivalen kWh meter satu fasa 2.5 Jaringan Meter Listrik

Jaringan meter listrik ini menunjukkan skema pemasangan jenis-jenismeter kWh yang dipasang baik di perumahan, institusi, ataupuntempat yang memerlukan perlakuan khusus dalam pemasangannya. Berikut cara pemasangannya.

2.5.1 1 Phasa (phasa tunggal) 1. 1 phasa 2 kawat

220 volt

Meter

Sensor Arus Sensor Tegangan

B E B A N

Gambar 2.6 Skema diagram 1 phasa 2 kawat

Pelayanan 1 phasa 2 kawat biasanya disuplai daritransformator. Listrik 1 phasa disuplai oleh salah satu dari jaringan 3 phasa.

2.6 Perhitungan kWh Meter

kWh meter berarti Kilo Watt Hour Meter dan kalau diartikan menjadi n

ribu watt dalam satu jamnya. Jika membeli sebuah kWh meter maka akan tercantum x putaran per kWh, artinya untuk mencapai 1 kWh dibutuhkan putaran sebanyak x kali putaran dalam setiap jamnya. Contohnya jika 1200 putaran per kWh maka harus ada 1200 putaran setiap jamnya untuk dikatakan sebesar satu kWh. Jumlah kWh itu secara kumulatif dihitung dan pada akhir bulan dicatat oleh petugas, besarnya pemakaian lalu dikalikan dengan tarif dasar listrik atau TDL ditambah dengan biaya abodemen dan pajak menghasilkan jumlah tagihan yang harus dibayarkan setiap bulannya.

2.7 Beban

Pada sistem tenaga listrik dikenal dua jenis beban yaitu beban linier dan beban nonlinier. Beban pada perumahan-perumahan atau gedung umumnya teridiri dari kombinasi beban-beban linier dan beban nonlinier.

2.7.1 Beban Linier

Beban linier adalah beban yang memberikan bentuk gelombang keluaran yang linier artinya arus yang mengalir sebanding dengan impedansi dan perubahan tegangan. Beban linier ini tidak memberikan dampak yang buruk pada perubahan gelombang arus maupun tegangan. Resistor (R), lampu pijar, pemanas merupakan beban linier tersebut. Gambar 2.7 memperlihatkan perubahan tegangan sebanding dengan perubahan arus yang berubah secara linier pada beban

linier, dan Gambar 2.8 memperlihatkan bentuk gelombang tegangan dan arus pada beban linier.

Tegangan (V) Arus (I)

Gambar 2.7 Kurva Arus-Tegangan beban linier

Tegangan

Beban induktif linier

Arus

Gambar 2.8 Bentuk gelombang pada beban linier

Untuk mengetahui karakteristik beban linier dapat diwakili dengan beban R, L seperti pada gambar 2.9 berikut ini:

Gambar 2.9 Rangkaian pengganti untuk beban linier

2.7.2.Beban Nonlinier

Beban nonlinier adalah bentuk gelombang keluarannya tidak sebanding dengan tegangan dalam setiap setengah siklus sehingga bentuk gelombang arus maupun tegangan keluarannya tidak sama dengan gelombang masukannya (mengalami distorsi), seperti ditunjukkan pada Gambar 2.10. Beban nonlinier menarik arus dengan bentuk non-sinusoidal, walaupun disuplai dari sumber tegangan sinusoidal. Gangguan yang terjadi akibat distorsi gelombang arus dan tegangan disebut dengan harmonik. Contoh dari beban-beban nonlinier ini seperti tungku busur api, las, printer, komputer, lampu hemat energi, kulkas, inverter, inti magnet pada transformator, dan lain-lain.

Untuk mengetahui karaktristik beban nonlinier satu fasa dapat diambil suatu pendekatan dengan menggunakan rangkaian penyearah satu fasa gelombang penuh yang dilengkapi dengan kapasitor perata tegangan DC seperti pada Gambar 2.11. Adanya kapasitor C ini dimaksudkan untuk mendapatkan tegangan DC yang relatif murni yang dikehendaki untuk operasi komponen elektronik. Namun akibatnya arus pada jala-jala sistem Is hanya akan mengalir pada saat terjadi

pengisian muatan kapasitor C, yaitu di daerah puncak gelombang tegangan jala-jala, sehingga bentuk gelombang arus Is tidak proporsional lagi terhadap tegangannya (nonlinier) dan mengalami distorsi (non-sinusoidal), seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.12.

Arus

Tegangan

Gambar 2.10 Kurva Arus-Tegangan beban nonlinier

Gambar 2.11 Rangkaian pengganti untuk beban nonlinier

Pada Gambar 2.12 dibawah ini memperlihatkan bentuk gelombang tegangan dan arus pada beban nonlinier.

Gambar 2.12 Bentuk gelombang pada beban nonlinier

2.8 Harmonisa

Harmonisa adalah suatu gelombang sinusoidal tegangan, arus atau daya yang berfrekuensi tinggi dimana frekuensinya merupakan kelipatan diluar bilangan satu terhadap frekuensi fundamental (frekuensi 50 Hz atau 60 Hz). Nilai frekuensi dari gelombang harmonisa yang terbentuk merupakan hasil kali antara frekuensi fundamental dengan bilangan harmonisanya (f, 2f, 3f, dst). Bentuk gelombang yang terdistorsi merupakan penjumlahan dari gelombang fundamental dan gelombang harmonisa (h1, h2, dan seterusnya) pada frekuensi kelipatannya.

makin banyak gelombang harmonisa yang diikutsertakan pada gelombang fundamentalnya, maka gelombang akan semakin mendekati gelombang persegi atau gelombang akan berbentuk non-sinusoidal. Pada gambar 2.13 ditunjukkan bentuk gelombang harmonisa.

Gambar 2.13 Gelombang fundamental, harmonisa ketiga dan hasil penjumlahannya

2.8.1 Standard Distorsi Harmonisa

Standar harmonisa yang digunakan pada penelitian ini adalah standar dari IEEE 519-1992. Ada dua kriteria yang digunakan untuk mengevaluasi distorsi harmonisa yaitu batas harmonisa untuk arus (THDI) dan batas harmonisa untuk

tegangan (THDV). Batas untuk harmonisa arus ditentukan oleh perbandingan��� �� .

ISCadalah arus hubung singkat yang ada pada PCC (Point of Common Coupling =

titik sambung bersama), sedangkan ILadalah arus beban fundamental. Batas distorsi arus yang diakibatkan harmonisa yang diijinkan oleh IEEE 519-1992 ditunjukkan pada tabel 2.1 berikut ini.

Tabel 2.1 Batas distorsi arus yang diakibatkan harmonisa menurut IEEE 519-1992

ISC/IL n<11 11≤n<17 17≤n<23 23≤n<35 n≥35 THD

<20 4.0% 2.0% 1.5% 0.6% 0.3% 5.0% 20-50 7.0% 3.5% 2.5% 1.0% 0.5% 8.0% 50-100 10.0% 4.5% 4.0% 1.5% 0.7% 12.0% 100-1000 12.0% 5.5% 5.0% 2.0% 1.0% 15.0% >1000 15.0% 7.0% 6.0% 2.5% 1.4% 20.0%

Untuk batas harmonisa tegangan ditentukan dari besarnya tegangan sistem yang terpasang atau dipakai. Batas distorsi tegangan yang diakibatkan harmonisa yang diijinkan oleh IEEE 519-1992 ditunjukkan pada tabel 2.2 berikut ini.

Tabel 2.2 Batas distorsi tegangan yang diakibatkan harmonisa menurut IEEE 519-1992

Tegangan Bus Pada PCC Individual Harmonik THD

69 kV dan dibawah 3.0% 5.0%

69.001 kV-161 kV 1.5% 2.5%

2.8.2 Persamaan Harmonisa

Gelombang harmonisa dan terdistorsi merupakan sebuah gelombang kontinu dan periodik sehingga sesuai dengan deret Fourier seperti Persamaan berikut.Misalkan fungsi x(t) berada pada interval –T/2<x<T/2 dan periodik dengan periode T. deret fourier untuk fungsi tersebut adalah :

x(t) = a₀+ ∑ �a_ncos�2nπt

T �+ bnsin� 2nπt

T �� ∞

n=1

atau sama dengan:

x(t) = a₀+ ∑∞n=1(ancos nωt + bnsin nωt)………...……… ( 2.30) Dimana :�= 2�

� , dan n disebut juga orde dari suatu harmonisa yaitu 0,1,2,3,4,…

Fungsi x(t) ini adalah suatu penyertaan deret tak berhingga dimana an dan

bn adalah koefisien fourier. Jika n = 2, disebut orde ke 2, jika n=3, disebut orde ke

3, dan seterusnya.

Apabila ruas kiri dan ruas kanan dari persamaan 2.30 diintegralkan dengan batas integral dari –T/2 sampai T/2, maka akan menghasilkan :

∫ x(t)dt = ∫ [a0+ ∑∞n=1ancos(nωt) + bnsin(nωt)]

T 2

−T 2 T

2

−T 2

dt …………..…. (2.31)

Karena nilai rata-rata dari sebuah fungsi sinus dan cosinus sama dengan nol, maka ruas kanan kedua persamaan 2.31 sama akan dengan nol sehingga menjadi :

� �(�)��= �0 (� 2+

�

2

�

2

−�₂

Sehingga :

�0 = 1

�∫ �(�)�� �

2

−�₂ ………..………. (2.32) Untuk menentukan an, kedua ruas pada persamaan 2.31 dikalikan dengan

���(���) dan diintegralkan dengan batas dari –T/2 sampai T/2 sehingga menghasilkan :

� �(�) ���(���)��= � ��0+ � �����(���) + �����(���) ∞

�=1

� �

2

−�₂

�

2

−�₂ ���

(���)��

=�0� ���(���)��+ � ���� ���2

�

2

−�₂

(���)��+ �_�� ��� �

2

−�₂

(���)���(���)���

∞ �=1

�

2

−�₂

= �0∫ cos(���)��+ ∑ �∫ �₂�cos(2���) + �₂�+ �₂�sin(2���)��

�

2

−�₂ �

∞ �=1

�

2

−�₂

Integral suku pertama, kedua dan keempat dari persamaan diatas sama dengan nol karena nilai rata-rata dari sebuah fungsi sinus dan cosinus sama dengan nol sehingga persamaan di atas menjadi :

� �(�)���(���)��= � ���

2 ��=

�� 2 ( ∞ �=1 � 2

−�₂ �

2

−�₂

�

2+

�

Sehingga :

�� = 2_�∫ �(�) cos(���)�� �

2

−�₂ ………..…………. (2.33)

Untuk menentukan bn, kedua pada persamaan 2.30 dikalikan dengan ���(���)

dan diintergralkan dengan batas dari –T/2 sampai T/2 sehingga menghasilkan :

� �(�) ���(���)��= � ��₀+ � �_����(���) + �_����(���)

∞ �=1

� �

2

−�₂

�

2

−�₂ ���

(���)��

=�₀� sin(���)��+ � ��_�� ���(���)���(���)��+ �_�� ���2_{(���)��}

�

2

−�₂

�

2

−�₂ �

∞ �=1

�

2

−�₂

= �0� sin(���)��+ � ��

��

2 cos(2���) + ��

2 sin(2���) + ��

2 �� �

2

−�₂ �

∞ �=1

�

2

−�₂

Integral suku pertama, kedua, dan keempat dari persamaan di atas sama dengan nol karena nilai rata-rata dari sebuah fungsi sinus dan cosinus sama dengan nol sehingga persamaan di atas menjadi :

� �(�)���(���)��= � ��� 2 ��=

�� 2 ( ∞ �=1 � 2

−�₂

�

2

−�₂

� 2+

� 2)

Sehingga :

�� = _�2∫ �(�) sin(���)�� �

2

• Fungsi ganjil

Fungsi ganjil seperti sin t, dimana x(t) dan x(-t) adalah negatif satu sama lainnya, apabila didefenisikan maka x(t) dikatakan sebagai fungsi ganjil jika x(-t) = -x(t) sehingga :

�0 = 0

�� = 0

�� =4_�∫ �(�)��� ��� �� �

2

0

Gambar 2.14 Bentuk grafik fungsi ganjil • Fungsi genap

Fungsi genap seperti cos t, dimana grafik untuk sisi negatifnya adalah refleksi terhadap sumbu y dari sumbu positifnya. Secara rumus nilai x(t) sama untuk setiap nilai t yang diberikan dan juga negatifnya, ini berarti x(t) dikatakan suatu fungsi genap jika x(t) = x(-t) . maka dapat diperoleh :

�0 = 2

�∫ �(�)�� �

2

0

�� = 4_�∫ �(�) cos��� �� �

2

0

Gambar 2.15 Bentuk grafik fungsi genap

Dalam pengukuran harmonisa ada beberapa petunjuk penting yang harus dimengerti, yaitu Individual Harmonic Distortion (IHD), dan Total Harmonic Distortion (THD).

 Individual harmonic distortion (IHD) adalah perbandingan antara nilai rms dari individual harmonisa terhadap nilai rms fundamentalnya. IHD ini berlaku untuk tegangan dan arus.

���

�

=

�_�� 1

……….……….(2.35)

Misalnya, asumsikan bahwa nilai rms harmonisa ketiganya pada beban nonlinier adalah 20 A, nilai harmonisa kelimanya adalah 10 A dan nilai fundamentalnya adalah 60 A, maka nilai distorsi arus individual pada harmonisa ketiga adalah:

% 3 , 33 333 , 0 60 20

3 = = =

IHD

% 66 , 16 166 . 0 60 10

5 = = =

IHD

Berdasarkan pengertian di atas, nilai IHD1adalah selalu 100%. Metode perhitungan harmonisa ini dikenal sebagai distorsi harmonisa yang berdasarkan pada nilai fundamentalnya. Perhitungan ini digunakan oleh Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) di Amerika.

 Total Harmonic Distortion (THD) adalah perbandingan antara nilai rms dari seluruh komponen harmonisa terhadap nilai rms nilai fundamentalnya. Sebagai contoh, jika arus nonlinier mempunyai komponen fundamental I1 dan komponen harmonisanya I1, I2, I3, I4, I5,

I6, I7, ..., maka nilai rms harmonisanya adalah:

�� = �(�12+�22+�32+�42+�52+�62+�7 2

+⋯) ………….. (2.36)

���3 =

��

�1

× 100%

Atau dapat juga dituliskan THD Tegangan dan Arus:

THDV =

�∑ �∞ _ℎ2 ℎ2

�1 × 100% ………..…..……..(2.37)

THDI =

�∑ �∞ _ℎ2 ℎ2

Dimana;

Vh ; Ih = komponen harmonisa

V1 ; I1 = komponen fundamental

THD = Total Harmonic Distortion h = orde harmonisa

Nilai THD ini digunakan untuk mengukur besarnya penyimpangan dari bentuk gelombang periodik yang mengandung harmonisa dari gelombang sinusiodal murninya. Untuk gelombang sinusiodal sempurna nilai dari THD adalah bernilai 0%.

2.8.3. Sumber Harmonisa

Sumber harmonisa pada sistem tenaga listrik dapat dibagi dalam 3 kelompok yaitu :

1. Sumber distorsi pada sisi pembangkitan

2. Sumber distorsi pada sisi penyaluran (distribusi) 3. Sumber distorsi pada sisi beban

2.8.3.1. Pada Sisi Pembangkitan

Sumber harmonisa pada sisi pembangkitan tenaga listrik adalah generatror. Generator pada umumnya digunakan adalah generator sinkron. Generator sinkron dalam operasinya mengasilkan harmonisa, namun harmonisa yang dihasilkan tidak sebesar pada sisi beban. Harmonisa pada generator diakibatkan distribusi

fluks yang tidak sinusoidal sehingga menghasilkan GGL induksi yang menyimpang dari sinusoidal (terdistorsi). Sumber harmonisa pada generator dapat dikelompokkan menjadi 2 jenis yaitu : harmonisa waktu, yang mana kemunculan harmonisa ini dikarenakan kejenuhan inti besi dan harmonisa ruang yang di karenakan adanya slot, celah udara dan gigi-gigi pada stator dan rotor. Harmonisa ruang pada generator dapat dibagi menjadi : harmonisa pada rotor kutub sepatu, harmonisa pada rotor silinder, dan harmonisa slot. Arus harmonisa yang dihasilkan oleh generator akan mengalir ke beban melalui transformator, rel daya, penghantar transmisi dan distribusi.

2.8.3.2. Pada Sisi Penyaluran

Pada sistem distribusi tenaga listrik terdapat salah satu perlatan yaitu transformator distribusi. Timbulnya harmonisa pada tranformator dikarenakan adanya kejenuhan pada inti besi (saturasi) mengakibatkan arus magnetisasi mengalami distorsi. Arus magnetisasi ini akan tetap mengalami distorsi walaupun tegangan yang diberikan ke kumparan primer tidak mengalami distorsi.

2.8.3.3. Pada Sisi Beban

Harmonisa bisa muncul dari beban-beban yang terhubung ke sistem distribusi. Beban-beban pada sistem tenaga listrik dapat dikelompokkan menjadi dua bagian yaitu beban linier dan beban nonlinier. Dari dua jenis beban ini yang menjadi sumber harmonisa adalah beban nonlinier, Seperti yang telah dijelaskan pada bagian awal. Maka yang paling banyak menghasilkan harmonisa adalah pada

sisi beban, pada Gambar 2.16 ditunjukkan perubahan bentuk gelombang akibat adanya harmonisa.

Gambar 2.16 Perubahan bentuk gelombang akibat adanya harmonisa 2.8.4. Jenis-Jenis Harmonisa

Harmonisa pertama disebut juga frekuensi dasar (fundamental). Jika frekuensi gelombang harmonisanya sama dengan dua kali frekuensi dasarnya maka disebut harmonisa kedua, jika frekuensi gelombang harmonisanya sama dengan tiga kali frekuensi fundamental maka disebut harmonisa ketiga dan seterusnya. Apabila frekuensi fundamental adalah 50 Hz maka harmonisa keduanya mempunyai frekuensi 100 Hz, harmonisa ketiganya mempunyai

frekuensi 150 Hz, dan seterusnya. Perbandingan frekuensi harmonik dengan frekuensi dasar ini disebut dengan orde harmonik.

Berdasarkan dari urutan/ordenya, harmonisa dapat dibedakan menjadi harmonisa ganjil dan harmonisa Genap. Sesuai dengan namanya harmonisa ganjil adalah harmonisa ke 1, 3, 5, 7, 9, dan seterusnya. Sedangkan harmonisa Genap merupakan harmonisa ke 2, 4, 6, 8 dan seterusnya. Namun harmonisa pertama tidak dapat dikatakan sebagai hamonisa ganjil, karena merupakan komponen frekuensi fundamental dari gelomabang periodik. Sedangkan harmonisa 0 (nol) mewakili konstanta atau komponen DC dari gelombang.

Pada suatu sistem tenaga listrik tiga phasa yang seimbang diasumsikan mempunyai urutan phasa R,S,T (a,b,c), dimana besar arus dan tegangan pada setiap phasa selalu sama dan berbeda sudut 120o listrik satu sama lain. Sehingga berdasarkan urutan phasanya, harmonisa dapat dibagi menjadi 3 bagian yaitu :

1. Harmonisa urutan Positif

Harmonisa urutan positif ini mempunyai urutan phasa yang sama seperti fasor aslinya yang terdiri dari tiga fasor yang sama besarnya, dan saling berbeda phasa 1200 (R,S,T atau a,b,c). Gambar 2.17 menunjukkan fundamental fasor merupakan harmonisa urutan positif. Dimana harmonisa positif ini terdiri dari harmonisa ke-1, ke-4, ke-7, ke-10, dan seterusnya.

Gambar 2.17. Fundamental fasor 2. Harmonisa urutan Negatif

Harmonisa urutan negatif memiliki urutan phasa yang berlawanan dengan fasor aslinya yang terdiri dari tiga fasor yang sama besarnya, dan saling berbeda phasa 1200. (R,T,S atau a,c,b)seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.18. Dimana harmonisa negatif ini terdiri dari harmonisa ke-2, ke-5, ke-8, dan seterusnya.

Gambar 2.18 Fasor harmonik urutan negatif 3. Harmonisa urutan Kosong/Nol (zero sequence)

Harmonisa urutan Nol ini memiliki fasor yang sama besarnya dan sephasa satu sama lain (beda phasa satu sama lain 00), harmonisa ini juga biasa disebut triplen harmonics. Harmonisa urutan nol terdiri dari harmonisa

ke-3, ke-6, ke-9, dan seterusnya, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.19 berikut ini.

Gambar 2.19 Fasor harmonik urutan nol

Dari jenis-jenis harmonisa berdasarkan urutan phasa diatas maka dapat disimpulkan dalam Tabel 2.3

Tabel 2.3. Urutan polaritas harmonisa pada sistem tiga phasa Orde Harmonisa 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Frekuensi ( Hz) 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Urutan + - 0 + - 0 + - 0

Harmonisa pertama urutan polaritasnya adalah positif, harmonisa kedua urutan polaritasnya adalah negatif dan harmonisa ketiga urutan polaritasnya adalah nol, harmonisa keempat adalah positif (berulang berurutan sampai seterusnya). Tabel 2.4 menunjukkan akibat dari polaritas dari komponen harmonisa.

Tabel 2.4 Akibat dari polaritas dari komponen harmonisa

urutan Pengaruh pada motor Pengaruh pada sistem distribusi positif  Menimbulkan medan

magnet putar arah maju (forward)

 Panas

negatif  Menimbulkan medan magnet putar arah mundur (reverse)

 Panas

 Arah putaran motor berubah

nol  Tidak ada  Panas

 Menimbulkan/menambah arus pada kawat netral

2.8.5 Dampak Harmonisa Pada Peralatan

Dalam analisis rangkaian linier, elemen-elemen rangkaian seperti R,L, dan

C, merupakan idealisasi peralatan-peralatan nyata yang nonlinier.Dalam sub Bab ini akan dijelaskan pengaruh adanya komponenharmonisa, baik arus maupun tegangan, terhadap peralatan-peralatan sebagai benda nyata. Pengaruh ini dapat kita klasifikasi dalam duakategori yaitu:

1). Dampak langsung yang merupakan peningkatan susut energi yaitu energi “hilang” yang tak dapat dimanfaatkan, yangsecara alamiah berubah menjadi panas.

2). Dampak taklangsung yang merupakan akibat lanjutan dariterjadinya dampak langsung. Peningkatan temperatur padakonduktor kabel misalnya, menuntut penurunan pengaliranarus melalui kabel agar temperatur kerja tak terlampaui.Demikian pula peningkatan temperatur pada

kapasitor,induktor, dan transformator, akan berakibat pada deratingdari alat-alat ini dan justru derating ini membawa kerugian(finansial) yang lebih besar dibandingkan dengan dampaklangsung yang berupa susut energi.Dampak taklangsung bukan hanya derating peralatan tetapijuga umur ekonomis peralatan. Pembebanan nonlinier tidaklahselalu kontinu, melainkan fluktuatif. Oleh karena itu padaselang waktu tertentu peralatan terpaksa bekerja pada batastertinggi temperatur kerjanya bahkan mungkin terlampauipada saat-saat tertentu. Kenaikan tegangan akibat adanyaharmonisa dapat menimbulkanpartial discharges dalam peralatan yang memperpendek umur,bahkan mal-function bisa terjadi pada peralatan. Pada Tabel 2.5 dapat dilihat dampak harmonisa pada peralatan.

Tabel 2.5 Dampak Harmonisa pada Peralatan

Peralatan Dampak Harmonisa Hasil

Konduktor  Peningkatan daya nyata yang diserap oleh konduktor

 Rugi-rugi jaringan Meningkat

Kapasitor  Penyusutan impedansi kapasitor dengan meningkatnya frekuensi  Reaktansi induktif sama dengan

reaktansi kapasitif sehingga terjadi resonansi

 Pemanasan pada kapasitor

 Rugi-rugi dielektrik meningkat

 Menambah thermal Stress

Transformator  Harmonisa tegangan menyebabkan tegangan transformator meningkat dan penekanan pada isolasi

 Pemanasan pada transformator  Mengurangi Umur Operasi

 Daya Mampu Menurun

 Arus netral meningkat Relay  Penambahan komponen torsi

 Karakteristik waktu tunda relay berubah

 Kesalahan pembacaan  Kesalahan trip dari

Relay Mesin Berputar  Peningkatan rugi-rugi

 Harmonisa tegangan

menghasilkan medan magnet berputar pada kecepatan sesuai frekuensi harmonisa

 Pemanasan pada mesin berputar

 Menambah thermal Stress

 Mengurangi Umur Operasi

 Mengurangi effisiensi  Getaran mekanik dan

bising

 Peningkatan rugi-rugi inti dan tembaga pada kumparan stator dan rotor

Alat Ukur Elektromekanik

 Harmonisa menghasilkan penambahan torsi pada piringan yang dapat menyebabkan operasi tidak sesuai karena peralatan dikalibrasi pada frekuensi dasarnya

 Kesalahan pembacaan

Jaringan

Telekomunikasi

 harmonisaarus dan tegangandapat menghasilkan kopling induktif yang akanmerusakkinerjasistem

 Menimbulkan interfrensi pada

saluran komunikasi radio, telepon

komunikasi

2.8.6 Identifikasi Harmonisa Pada kWh Meter Induksi

Untuk mengidentifikasi kehadiranharmonisa pada kWh meter tipe induksi, dapat diketahuimelalui langkah-langkah sebagai berikut:

1. Identifikasi Jenis Beban

Jenis beban yang dipasok. 2. Pemeriksaan kWh meter

Untuk kWh meter yang memasok beban nonlinier apakah ada tambahan torsi pada kWh meter. Apabila torsi dari kWh meter bertambah maka dapat diperkirakan adanyaharmonisa dan kemungkinan kesalahan pembacaan.

2.8.7 Alat Ukur Harmonisa

Harmonisa merupakan distorsi periodik arus atau tegangan. Sinyal dapatmerupakan suatu kombinasi berbagai gelombang sinus dengan frekuensi berbeda. Pengukuran kandungan harmonik pada tiap-tiap beban yang nonlinier dapat di ukur dengan menggunakan Power System Multimeter(PSM), seperti ditunjukkan pada Gambar 2.20, dan sistem pengawatan ditunjukkan pada Gambar 2.21.

Gambar 2.20 Power System Multimeter

L O A D

PSM

CHANNEL A CHANNEL B

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Umum

Metode penelitian ini merupakan suatu cara yang harus ditempuh dalamkegiatan penelitian agar pengetahuan yang akan dicapai dari suatu penelitian dapat memenuhi harga ilmiah. Dengan demikian penyusunan metodeini dimaksudkan agar peneliti dapat menghasilkan suatu kesimpulan yang dapatdipertanggung jawabkan secara ilmiah.Metode penelitian ini mencakup beberapa hal yang masing-masing menentukankeberhasilan pelaksana penelitian guna menjawab permasalahan guna disampaikandalam penelitian, langkah-langkah yang telah ditetapkan adalah penetapantempat dan waktu penelitian, penetapan obyek penelitian, penetapan variabel penelitianpenetapan metode pengumpulan data, dan teknik analisis data.

3.2 Waktu dan Tempat Penelitian

Tempat penelitian di Laboratorium Pengukuran Besaran Listrik, Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan. Penelitian dilaksanakan pada bulan Desember 2012.

3.3 Lama Penelitian

Untuk mendapatkan data yang akurat dan valid maka, penelitian inidilaksanakan mulai tanggal 04 Desember sampai 06 Desember 2012 untuk bisa

mendapatkan data-data mengenai pengaruh beban nonlinier terhadap kinerja kWh meter induksi satu fasa.

3.4 Pendekatan Penelitian

Pendekatan penelitian adalah metode atau cara mengadakan penelitian, jugamenunjukkan jenis atau penelitian yang diambil.Berdasarkan pengertian tersebut maka penelitian ini adalah penelitiandiskriptif, yaitu penelitian yang bertujuan untuk menggambarkan keadaan obyektifdalam penelitian, dalam hal ini adalah pengaruh beban nonlinier terhadap kinerja kWh meter induksi satu fasa.

3.5 Obyek Penelitian

Obyek penelitian ini adalah melihat besar harmonisa yang terkandung pada beban nonlinier dan seberapa besar pengaruhnya terhadap kinerja kWh meter induksi satu fasa serta besar persentasi kesalahan pembacaan kWh meter induksi satu fasa.

3.6 Variabel Penelitian

Variabel penetian adalah obyek penelitian atau apa saja yang menjadi titikperhatian suatu penelitian. Variabel dalam penelitian adalah :

1. Kandungan harmonisa beban nonlinier

3.7 Metode Pengumpulan Data

Metode pengumpulan data dalam suatu penelitian akan sangat menentukankeberhasilan penelitian, oleh karena itu perlu direncanakan dengan tepat dalammemilih metode untuk pengumpulan data. Sedangkan metode-metode tersebutadalah sebagai berikut :

3.7.1 Metode Dokumentasi

Yang dimaksud metode dokumentasi adalah cara memperolehdata melalui hal-hal atau variabel yang berupa catatan, transkrip, buku, surat kabar, majalah dan lain-lain. Adapun dokumentasi yang akan peneliti gunakan adalah data-data yangberhubungan dengan nominal dari kWh meter dan nominal dari beban nonlinier yang di peroleh dari name platenya dan selanjutnyadicatat.

3.7.2 Metode Observasi

Pengumpulan data dengan observasi langsung atau denganpengamatan langsung adalah cara pengambilan data ketempat penelitian. Dalam hal ini penulis langsungberada di lokasi penelitian yaitu di Laboratorium Pengukuran Besaran Listrik dan mengadakan penelitian mengenai hal-halyang perlu dicatat sebagai data dalam penelitian.

3.8 Langkah-Langkah Penelitian

Langkah-langkah penelitian yang ditempuh dalam penelitian ini meliputi : 3.8.1 Tahap Persiapan

Tujuan dari tahap persiapan penelitian adalah untukmengkoordinasikan agar saat penelitian dapat berjalan dengan lancar.Langkah-langkah yang dilakukan adalah sebagai berikut :

1. Mempersiapkan alat dan bahan untuk penelitian, semua alat dan bahan yang akandigunakan harus dipersiapkan terlebih dahulu.

2. Mengkondisikan obyek penelitian.

Obyek penelitian yang dimaksudkan disini adalah kWh meter satu fasa dan beban nonlinier. Adapunlangkah mengkondisikan obyek penelitian ini meliputi:

a) Memastikan bahwa kWh meter dapat beroperasi dan menyediakan beban nonlinier dan lain-lain.

b) Memeriksa Power System Multimeter apakah sudah disetting dengan benar.

3. Mengkondisikan alat ukur.

Alat ukur sebagai alat pengambil data harus memiliki validitasyang baik. Untuk mendapatkan validitas yang baik alat ukur harus disetting sesuai dengan keadaan seperti frekuensi operasi.

3.8.2 Tahap Pengambilan Data

Tujuan dari tahap ini untuk memperoleh data penelitian yang meliputi % kesalahan pembacaan kWh meter, THD arus dan tegangan dari tiap-tiap beban nonlinier. Dalam tahappengambilan data dilaksanakan dua macam pengukuran.

Adapun pengukuran tersebut dilakukan untuk memperoleh data:

1) % kesalahan yang diperoleh berdasarkan rumus yang telah dijelaskan sebelumnya setelah besar energi sudah diketahui

2) % THD arus dan tegangan dari tiap-tiap beban yang diperoleh dari rumus sebelumnya.

3.9 Teknik Analisis Data

Analisis data merupakan bagian penting dalam penelitian, karena dengananalisis data yang diperoleh mampu memberikan arti dan makna untukmemecahkan masalah dan mengambil kesimpulan penelitian.Dalam penelitian ini teknik analisis data yang digunakan adalah analisismatematis untuk mendapatkan hasil penelitian. Analisis ini adalah mengadakanperhitungan-perhitungan berdasarkan rumus yang berlaku di dalam mengadakanperhitungan-perhitungan kesalahan pembacaan kWh meter.

Jika daya yang mengalir konstan, maka untuk suatu kWh meter dapat kita tuliskan hubungan

� = �� = �

� (kWh) Dimana :

E = energi (kWh)

N = Jumlah putaran piringan

C = Konstanta kWh meter ( Put/kWh) P = Daya (kW)

t = Waktu (detik)

Rumus yang digunakan dalam perhitungan kesalahan pembacaan kWh meter adalah

%

kesalahan = ��−��

�� = �_� (kWh)

Jika untuk membuat N putaran diperlukan waktu t detik, sedangkan daya yang masuk sebesar P watt, maka jumlah energi sebenarnya W2 adalah:

�� = �

.�

3600 × 1000 (kWh) Dimana:

EP = Jumlah energi yang dicatat oleh meteran yang terpasang

ES = Jumlah energi yang sebenarnya.

3.10 Alat dan Bahan

1. Power System Multimeter ………....… 1 buah 2. kWhmeter ……… 1 Buah 3. Yokogawa 2533 Digital Power Meter ……… 1 Buah 4. Autotrafo ………..….. 1 Buah 5. Stopwatch ………..……..….. 1 Buah 6. Kabel Penghubung ……….. secukupnya 7. lampu pijar masing-masing 75 w ... 9 buah 8. 2 buah lampu TL masing-masing 20 w dan balast masing-masing 20 w 9. Lampu XL masing-masing 23 w ... 5 buah

3.11 Rangkaian Pengujian

Gambar 3.1 dibawah ini menunjukkan rangkaian pengujian pada saat pengukuran.

L O A D kWh

220 Volt 50 Hz

PSM

CHANNEL A CHANNEL B

Gambar 3.1 Rangkaian pengujian

3.12 Prosedur Pengujian

Percobaan ini dilakukan dengan prosedur sebagai berikut: a. Rangkaian pengujian disusun seperti gambar 3.1

b. Beban dipasang berupa lampu hemat energi (XL, dan TL), dan laptop c. Autotrafo diatur sehingga kelurannya sebagai catu tegangan 220 Volt.

d. Power System Multimeter di-On-kan sehingga dapat diukur besar tegangan (V), arus (I), cos φ, daya aktif (W), harmonisa, dan waktu (detik) untuk 3 putaran piringan kWh meter.

e. Prosedur yang sama dilakukan dengan mengubah-ubah beban berupa lampu pijar, lampu TL, lampu XL, dan laptop.

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Umum

kWh meter merupakan alat yang digunakan perusahaan listrik untuk mengukur energi listrik yang dipakai oleh konsumen. Pembacaan energi listrik dangan benar sangat penting untuk mendapat perhatian baik oleh pelanggan maupun penyedia energi listrik, sebab kesalahan pembacaan kWh meter jenis induksi dapat merugikan salah satu pihak baik penyedia energi listrik ataupun konsumen. Adanya harmonisa yang ditimbulkan oleh beban nonlinier di sinyalir dapat mengakibatkan kesalahan pembacaan kWh meter jenis induksi. Pemakaian beban nonlinier dalam industri maupun rumah tangga seperti lampu hemat energi (LHE), komputer, printer, inverter, laptop, dan peralatan lainnya yang menggunakan bahan semikonduktor dapat menimbulkan harmonisa yang sangat besar sehingga mempengaruhi pembacaan kWh meter.

Dalam penelitian ini di analisis seberapa besar pengaruh beban nonlinier terhadap kesalahan pembacaan kWh meter induksi satu fasa.

4.2 Hasil Penelitian

Penelitian dari tanggal 04 sampai tanggal 06 Desember 2012 di Laboratorium Pengukuran Besaran Listrik, diperoleh data pengujian beban linier, nonlinier, dan campuran antara beban linier dan nonlinier.

4.2.1 Pengujian Beban Linier

Pada pengujian beban linier, peneliti hanya meneliti lampu pijar sebagai bebannya. Tabel 4.1 menunjukkan hasil pengujian untuk beban linier tegangan tetap beban berubah.

4.2.1.a Analisa Data Persen Kesalahan Beban Linier

�� = �

× 3600 × 1000

�� (�)

�� = �

× 3600 × 1000

�� (����)

�� = ��

�_�

3600 × 1000 (��ℎ)

�� = ��

�_�

3600 × 1000 (��ℎ) % ������ℎ�� = �� − ��

�� × 100 % V

(Volt) Putaran Beban I (Amp)

t

(detik) Cos φ P

(Watt) EP (kWh) ES (kWh) % Error

220 3 5 pijar 1.591 53.82 0.976 340.6 0.005 0.0049 2.04

220 3 6 pijar 1.892 44.25 0.975 409.8 0.00503 0.00496 1.41

220 3 7 pijar 2.245 37.92 0.973 476.5 0.00501 0.00498 0.602

220 3 8 pijar 2.436 33.41 0.973 543.4 0.00504 0.00495 1.81

220 3 9 pijar 2.883 29.77 0.972 611.3 0.00505 0.00494 2.22

 Untuk Beban 5 Lampu Pijar �� =

3 × 3600 × 1000

600 × 340.6 = 52.84 � �� =

3 × 3600 × 1000

600 × 53.82 = 334.44 ���� �� =

334.44 × 52.84

3600 × 1000 = 0.0049 ��ℎ �� =

340.6 × 53.82

3600 × 1000 = 0.005 ��ℎ

% ������ℎ�� = 0.005− 0.0049

0.0049 × 100 % = 2.04 %

 Untuk Beban 6 Lampu Pijar �� = 3 × 3600 × 1000_{600 × 409.8} = 43.92 �

�� =

3 × 3600 × 1000

600 × 44.25 = 406.77 ���� �� =

406.77 × 43.92

3600 × 1000 = 0.00496 ��ℎ �� =

409.8 × 44.25

3600 × 1000 = 0.00503 ��ℎ

% ������ℎ�� = 0.00503− 0.00496

0.00496 × 100 % = 1.41 %

 Untuk Beban 7 Lampu Pijar �� = 3 × 3600 × 1000_{600 × 476.5} = 37.77 �

�� =

3 × 3600 × 1000

600 × 37.92 = 474.68 ���� �� =

474.68 × 37.77

�� =

476.5 × 37.92

3600 × 1000 = 0.00501 ��ℎ

% ������ℎ�� = 0.00501− 0.00498

0.00498 × 100 % = 0.602 %

 Untuk Beban 8 Lampu Pijar �� =

3 × 3600 × 1000

600 × 543.4 = 33.12 � �� =

3 × 3600 × 1000

600 × 33.41 = 538.76 ���� �� =

538.76 × 33.12

3600 × 1000 = 0.00495 ��ℎ �� = 543.4 × 33.41_{3600 × 1000} = 0.00504 ��ℎ

% ������ℎ�� = 0.00504− 0.00495

0.00495 × 100 % = 1.81 %

 Untuk Beban 9 Lampu Pijar

�� =

3 × 3600 × 1000

600 × 611.3 = 29.44 �

�� =

3 × 3600 × 1000

600 × 29.77 = 604.63 ���� �� = 604.63 × 29.44_{3600 × 1000} = 0.00494 ��ℎ

�� =

611.3 × 29.77

3600 × 1000 = 0.00505 ��ℎ

% ������ℎ�� = 0.00505− 0.00494

4.2.2 Pengujian Beban Nonlinier dan Campuran

Pengujian pada beban nonlinier, peneliti menyediakan beban seperti lampu XL, TL, pijar, dan Laptop. Tabel 4.2 menunjukkan hasil pengujian untuk beban nonlinier dan campuran.

Tabel 4.2 Data pengujian untuk beban nonlinier dan campuran

Beban Put t

(detik) V

(Volt) I (A) P (W) Cos φ EP (kWh) (%) THDV (%) THDI (%) Error

5 XL 3 174 218.45 0.786 104.59 0.866 0.00505 2.41 104.51 29.66

2 TL 3 363 218.89 0.562 52.152 0.485 0.00525 1.94 22.81 12.64

5 XL dan 2 TL

3 114 218.153 0.974 158.54 0.931 0.00502 2.27 72.91 19.8

Laptop 3 1044 219.516 0.461 57.171 0.966 0.0165 2.17 143.64 41.69

2 TL, 2 Pijar

dan 1 XL

3 84 217.09 1.075 216.11 0.939 0.00504 1.75 13.5 1.36

4.2.3 Pengujian Pada Beban 5XL

Tabel 4.3 dibawah ini menunjukkan besar kandungan harmonisa arus dan tegangan pada beban 5 XL.

Orde

h Vh (Volt)

IHDV

(%) Ih (Amp)

IHDI

(%)

P (W) (%) Error

1 217.97 0.543 102.497

3 2.327 1.067 0.427 78.63 0.86 99.16 5 4.607 2.113 0.274 50.46 1.09 98.94 Tabel 4.3 Data kandungan harmonisa arus dan tegangan pada beban 5 XL

4.2.3.a Analisa IHD Tegangan Untuk Beban 5 XL

���� = �_��

1

× 100 %

���3 =

2.327

217.97 × 100 % = 1.067 %���5 =

4.607

217.97 × 100 % = 2.113 %

���7 =

0.494

217.97 × 100 % = 0.226 %���9 = 0.23

217.97 × 100 % = 0.105 %

���11 =

0.654

217.97 × 100 % = 0.3 %���13 = 0.55

217.97 × 100 % = 0.252 %

���15 =

0.105

217.97 × 100 % = 0.048 %���17 =

0.199

217.97 × 100 % = 0.091 %

���19 =

0.216

217.97 × 100 % = 0.099 %���21 = 0.12

217.97 × 100 % = 0.055 % 4.2.3.b Analisa IHD Arus Untuk Beban 5 XL

���� = �_��

1

× 100 %

7 0.494 0.226 0.163 30.01 0.069 99.93 9 0.23 0.105 0.131 24.12 0.026 99.97 11 0.654 0.3 0.106 19.52 0.06 99.94 13 0.55 0.252 0.062 11.41 0.029 99.97 15 0.105 0.048 0.038 6.99 0.0034 99.99 17 0.199 0.091 0.049 9.02 0.0084 99.99 19 0.216 0.099 0.041 7.55 0.0076 99.99 21 0.12 0.055 0.02 3.68 0.002 99.99

���3 =

0.427

0.543 × 100 % = 78.63 %���5 =

0.274

0.543 × 100 % = 50.46 %

���7 =

0.163

0.543 × 100 % = 30.01 %���9 =

0.131

0.543 × 100 % = 24.12 %

���11 =

0.106

0.543 × 100 % = 19.52 %���13 =

0.062

0.543 × 100 % = 11.41 %

���15 =

0.038

0.543 × 100 % = 6.99 %���17 =

0.049

0.543 × 100 % = 9.02 %

���19 =

0.041

0.543 × 100 % = 7.55 %���21 = 0.02

0.543 × 100 % = 3.68 % 4.2.3.c Analisa THD Arus dan Tegangan Untuk Beban 5 XL

��� = (���₃2+���₅2+���₇2+���₉2+���₁₁2 +���₁₃2 +���₁₅2 +���₁₇2 +���₁₉2 +���₂₁2 )12

���� = (1.0672+ 2.1132+ 0.2262+ 0.1052+ 0.32+ 0.2522+ 0.0482

+ 0.0912+ 0.0992+ 0.0552)

1

2 = 2.41 %

���� = (78.632+ 50.462+ 30.012+ 24.122+ 19.522+ 11.412+ 6.992

+ 9.022+ 7.552+ 3.682)12 = 104.51 %

4.2.3.d Analisa Persen Kesalahan Pada Beban 5 XL

�� = �× _{3600 × 1000}� ×����×� (��ℎ)

% ������ℎ�� = �� − ��

�� × 100 %

�� =

218.45 × 0.786 × 0.866 × 174

% ������ℎ�� = 0.00505− 0.00718

0.00718 × 100 % = 29.66 %

4.2.3.e Analisa Persen Kesalahan Tiap Orde Harmonisa Pada Beban 5 XL �� = �× 3600 × 1000_�×� (�)

% ������ℎ�� = ��− ��

�� × 100 %

 Untuk harmonisa ke-3 �� =

3 × 3600 × 1000

600 × 0.86 = 20930.23 �

% ������ℎ�� = 20930.23− 174

20930.23 × 100 % = 99.16 %  Untuk harmonisa ke-5

�� = 3 × 3600 × 1000_{600 × 1.09} = 16513.76 �

% ������ℎ�� = 16513.76− 174

16513.76 × 100 % = 98.94 %  Untuk harmonisa ke-7

�� =

3 × 3600 × 1000

600 × 0.069 = 260869.56 �

% ������ℎ�� = 260869.56 − 174

260869.56 × 100 % = 99.93 %  Untuk harmonisa ke-9

�� =

3 × 3600 × 1000

600 × 0.026 = 692307.69 �

% ������ℎ�� = 692307.69− 174

692307.69 × 100 % = 99.97 %  Untuk harmonisa ke-11

�� =

3 × 3600 × 1000

600 × 0.06 = 300000 �

% ������ℎ�� = 300000− 174

300000 × 100 % = 99.94 %  Untuk harmonisa ke-13

�� =

3 × 3600 × 1000

600 × 0.029 = 620689.65 �

% ������ℎ�� = 620689.65− 174

620689.65 × 100 % = 99.97 %  Untuk harmonisa ke-15

�� = 3 × 3600 × 1000_{600 × 0.0034} = 5294117.64 �

% ������ℎ�� = 5294117.64− 174

5294117.64 × 100 % = 99.99 %  Untuk harmonisa ke-17

�� =

3 × 3600 × 1000

600 × 0.0084 = 2142857.14 �

% ������ℎ�� = 2142857.14− 174

2142857.14 × 100 % = 99.99 %  Untuk harmonisa ke-19

�� =

3 × 3600 × 1000

600 × 0.0076 = 2368421.05 �

% ������ℎ�� = 2368421.05− 174

2368421.05 × 100 % = 99.99 %  Untuk harmonisa ke-21

�� =

3 × 3600 × 1000

600 × 0.002 = 9000000 �

% ������ℎ�� = 9000000− 174

9000000 × 100 % = 99.99 %

Gambar 4.1.a, 4.1.b, dan 4.1.c dibawah ini menunjukkan bentuk gelombang keluaran arus dan tegangan beserta spektrumnya pada beban 5 XL, sedangkan Gambar 4.1.d menunjukkan grafik % error terhadap orde harmonisa.

Gambar 4.1.a Bentuk gelombang arus dan tegangan beban 5 XL

(b) (c)

Gambar 4.1.(b) dan (c) Spektrum dari gelombang tegangan dan arus beban 5 XL

0 0.5 1 1.5 2 2.5

3 5 7 9 11 13 15 17 19 21

%

I

H

D

T

e

gan

gan

Orde Harmonisa

0 20 40 60 80 100

3 5 7 9 11 13 15 17 19 21

%

I

H

D

A

r

us

Gambar 4.1.d Grafik % error terhadap orde harmonisa beban 5 XL 4.2.4 Pengujian Pada Beban 2 TL

Tabel 4.4 dibawah ini menunjukkan besar kandungan harmonisa arus dan tegangan pada beban 2 TL.

98.8 99 99.2 99.4 99.6 99.8 100 100.2

0 5 10 15 20 25

%

E

r

ror

Orde harmonisa

Orde

h Vh (volt)

IHDV

(%) Ih (Amp)

IHDI

(%)

P (W) (%) Error

1 218.524 0.486 51.5

3 0.715 0.327 0.079 16.25 0.027 99.94 5 4.081 1.867 0.011 2.26 0.021 99.95 7 0.649 0.296 0.077 15.84 0.024 99.95 9 0.519 0.237 0.002 0.411 0.0005 99.99 11 0.3 0.137 0.001 0.205 0.00014 99.99 13 0.281 0.128 0.001 0.205 0.00013 99.99 15 0.128 0.058

17 0.055 0.025 19 0.079 0.036 21 0.034 0.015

 Untuk harmonisa ke-7

�� =

3 × 3600 × 1000

600 × 0.022 = 818181.81 � % ������ℎ�� = 818181.81 − 84

818181.81 × 100 % = 99.98 %

 Untuk harmonisa ke-9

�� =

3 × 3600 × 1000

600 × 0.0048 = 3750000 � % ������ℎ�� = 3750000− 84

3750000 × 100 % = 99.99 %

 Untuk harmonisa ke-11

�� =

3 × 3600 × 1000

600 × 0.0039 = 4615384.61 � % ������ℎ�� = 4615384.61− 84

4615384.61 × 100 % = 99.99 %

 Untuk harmonisa ke-13

�� =

3 × 3600 × 1000

600 × 0.0037 = 4864864.86 � % ������ℎ�� = 4864864.86− 84

4864864.86 × 100 % = 99.99 %

 Untuk harmonisa ke-15

�� =

3 × 3600 × 1000

600 × 0.0014 = 12857142.86 � % ������ℎ�� = 12857142.86− 84

12857142.86 × 100 % = 99.99 %

 Untuk harmonisa ke-17

�� =

3 × 3600 × 1000

600 × 0.0016 = 11250000 � % ������ℎ�� = 11250000− 84

11250000 × 100 % = 99.99 %

 Untuk harmonisa ke-19

�� =

3 × 3600 × 1000

600 × 0.0011 = 16363636.36 � % ������ℎ�� = 16363636.36− 84

16363636.36 × 100 % = 99.99 %

 Untuk harmonisa ke-21

�� =

3 × 3600 × 1000

600 × 0.0011 = 16363636.36 � % ������ℎ�� = 16363636.36− 84

16363636.36 × 100 % = 99.99 %

4.2.7.f Bentuk Gelombang Arus dan TeganganPada Beban 2 TL, 2 Pijar, dan 1 XL

Gambar 4.5.a, 4.5.b, dan 4.5.c dibawah ini menunjukkan bentuk gelombang keluaran arus dan tegangan beserta spektrumnya pada beban 2 TL, 2 Pijar, dan 1 XL, sedangkan Gambar 4.5.d menunjukkan grafik % error terhadap orde harmonisa.

Gambar 4.5.a Bentuk gelombang arus dan tegangan beban 2 TL, 2 Pijar, dan 1 XL

1 1.5 2

D

T

e

gan

gan

4 6 8 10 12

I

H

D Ar

u

(b) (c)

Gambar 4.5.(b) dan (c ) Spektrum dari gelombang Tegangan dan arus beban 2 TL, 2 Pijar, dan 1 XL

Gambar 4.5.d Grafik % error terhadap orde harmonisa beban 2 TL, 2 Pijar, dan 1 XL

4.3 Grafik

Gambar 4.6 dibawah ini menunjukkan grafik energi sebenarnya VS % THDI, dan gambar 4.7 menunjukkan grafik % kesalahan pembacaan VS % THDI

99.9 99.92 99.94 99.96 99.98 100

0 10 20 30

%

E

r

ror

Orde harmonisa

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03

13.5 22.81 72.91 104.51 143.64

E

n

erg

i

S

eb

en

a

rn

y

a

(Es

)

% THD Arus

Grafik Energi Sebenarnya VS % THD Arus

Gambar 4.6 Grafik energi sebenarnya (ES) terhadap % THDI

Gambar 4.6 Grafik % kesalahan pembacaan terhadap % THDI

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Setelah melakukan analisa dari data yang diperoleh, maka penulis dapat mengambil kesimpulan sebagai berikut :

1. Semakin besar kandungan harmonisa, maka energi yang terukur oleh kWh meter juga semakin besar.

2. Dengan adanya harmonisa, maka persentase kesalahan pembacaan kWh meter semakin besar jika dibandingkan tanpa harmonisa.

3. Persentase kesalahan pembacaan kWh meter dan THDI terbesar pada penelitian ini terjadi pada pembebanan laptop yaitu sebesar 41.69 % dan 143.64 % .

4. Komposisi harmonisa arus dan tegangan tiap-tiap beban yang paling dominan adalah harmonisa ke-3, harmonisa ke-5,dan harmonisa ke-7.

0 10 20 30 40 50

13.5 22.81 72.91 104.51 143.64

%

ke

sa

la

ha

n

p

emb

a

ca

a

n

% THD Arus

5.2 Saran

Setelah hasil penelitian ini diperoleh, maka saran yang bisa penulis sampaikan adalah :

1. Perlu dilakukan usaha untuk mengurangi dampak harmonisa pada kWh meter jenis induksi supaya energi yang diukur dan kesalahan pembacaan oleh kWh meter tidak semakin besar.

2. Penelitian selanjutnya dapat dilakukan untuk kWh meter induksi tiga fasa.

DAFTAR PUSTAKA

1. A. Ahmed Hossam-Eldin dan Hasan M Reda. 2006. Study of The Effect of Harmonics On Measurments of The Energy Meters. Electrical Engineering Department, Alexandria University, Alexandria, Egypt.

2. Arrillaga, Jos dan Neville E. Watson. 2003. Power System Harmonics. Edisi Kedua. Chichester: John Wiley & Sons.

3. Chattopadhyay, Surajit, etc. 2011.Electric Power Quality. Springer. New York

4. Cooper, W. D. 1994, Instrumentasi Elektronik dan Teknik Pengukuran, Jakarta : Erlangga.

5. De La Rosa, Francisco. C. 2006. Harmonics and Power Systems. New York: CRC Press.

6. Dugan, Roger C. dkk. 2004. Electric Power System Quality. Edisi Kedua. McGraw-Hill.

7. IEEE Std 519-1992, IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control Power System, IEEE-SA Standard Board ,PiscatawaY,USA

8. Kennedy W. Barry. 2000. Power Quality Primer. New York. McGraw-Hill

9. Muslimim, M. 1984. Alat-alat Ukur Listrik dan Pengukuran Listrik. Bandung : CV.Armico.

10. PurkayasthaIndrajit dan Savoie J. Paul. 1990. Effect of Harmonics on Power Measurement.IEEE Transactions On Industry Applications, Vol. 26, No. 5

11. Sankaran, C. 2002. Power Quality. New York: CRC Press. 12. Sj, Masykur, 2008. Pengukuran Besaran Listrik, USU, Medan.

13. Soedjana, S., Nishino, O. 1976. Pengukuran dan Alat-alat Ukur Listrik. Jakarta : PT. Pradnya Paramita.

14. Sudirham, Sudaryatno. 2011. Analisis Keadaan Mantap Rangkaian Sistem Tenaga. Bandung : Darpublic.

15. Suryatmo, F. 2008. Teknik Pengukuran Listrik dan Elektronika, Jakarta : PT.Bumi Aksara.