ANALISA HARMONISA AKIBAT PENGARUH PENGGUNAAN CONVERTER PADA KERETA REL LISTRIK 1x25 kV JOGYAKARTA-SOLO

ABSTRAK

ANALISA HARMONISA AKIBAT PENGARUH PENGGUNAAN CONVERTER PADA KERETA REL LISTRIK 1x25 kV

JOGYAKARTA-SOLO

Oleh

Muhammad Reza Fauzan

Sebagai alat transportasi yang dapat menampung penumpang lebih banyak, Kereta Rel Listrik (KRL) harus memilki sistem kerja yang baik guna menunjang kebutuhan akan sarana transportasi massal di Indonesia. Namun, akibat penggunaan beban non linier pada sistem kerja Kereta Rel Listrik dapat menimbulkan masalah dalam sistem yaitu menyebabkan harmonisa yang dapat mengakibatkan penurunan kualitas daya pada sistem. Salah satu contohnya adalah converter yang terdapat pada sistem Kereta Rel Listrik Jogyakarta- Solo yang dapat menghasilkan distorsi harmonisa sehingga peralatan dapat menjadi lebih panas bahkan dapat mengalami kerusakan.

Oleh karena itu untuk mengetahui besarnya nilai harmonisa pada sistem tersebut diperlukan analisa serta merancang suatu alat guna mengatasi permasalahan harmonisa tersebut. Untuk mengatasi masalah harmonisa yang terjadi pada sistem dipasang peralatan berupa filter pasif jenis singel tuned filter.Pemasangan filter pasif ini dipasang pada bus beban converter, transformator serta motor untuk mereduksi harmonik orde 5.

Hasil simulasi menunjukkan pemasangan singel tuned filter dapat menurunkan nilai arus maupun tegangan harmonisa Setelah dipasang filter, arus bus converter naik 0,03%, dan tegangan turun sebesar 8%, bus transformator arus turun 0,3%, serta tegangan turun 44,71% dan arus bus beban motor turun 19,85% sedangkan tegangan turun 43,91%.

ABSTRACT

THE HARMONIC ANALYSIS CAUSED BY USE OF THE CONVERTER ON ELECTRICAL RAILWAY

1X25 kV JOGYAKARTA-SOLO

By

Muhammad Reza Fauzan

As a means of transportation that can accommodate more passengers, Electrical Railway (KRL) needs to have a good working system to support the need for mass transportation in Indonesia. However, due to the use of non-linear load on Electrical Railway systems work can cause problems in the system that is causing the harmonics that can lead to decreased quality of power on the system. One example is contained in the converter Electrical Railway system Jogyakarta-Solo. can produce harmonic distortion that equipment can be more heat can even be damaged.

Therefore, to determine the value of harmonics in the system is required analysis and design a tool to overcome the problems of the harmonics. To overcome the problem of harmonics that occur on the system is installed the equipment in the form of a passive filter tuned filter. Single type of passive filter is installed in the bus load converters, transformers and motors to reduce the harmonic order of 5. The simulation results show the installation of the single tuned filter can reduce the value of current and voltage Once installed filter harmonics, the current on bus of converter up 0.03%, and a voltage down 8%, a bus of the transformer,the current down 0.3%, and 44.71% of voltage down and the current on bus load of the motor down 19.85% while voltage down 43.91%.

ANALISA HARMONISA AKIBAT PENGARUH

PENGGUNAAN

CONVERTER

PADA KERETA REL LISTRIK

1X25 KV JOGYAKARTA-SOLO

Oleh:

Muhammad Reza Fauzan

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar

SARJANA TEKNIK

Pada

Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2015

Judul Skripsi

Nama Mahasiswa

Nomor Pokok Mahasiswa Program Studi

Fakultas

NIP. 19710716 200003

I

001

ANALISIS IIARMONISA AKIBAT PENGARUII

PENGGT]NMN COITWERTER PADA KERETA REL

LISTRIK

1X25

KV

JAGYAKARTA.SOLO

*tufrMqqttratrut

1015031077

Tekoik Elektro Teknik

1. Komisi

b+

_{In Abdul Haris, M.T.}

NIP. 19630801 199603 1001

2. Ketva Jurusan Teknik Elektro

MENGESAIIKAN

Tim Penguji

Ketua

:

Dr. Eng. YUI

Martin,

S.T., M.T.

Sekretaris

:

_Ir

_{Abdul Haris, M.T.}

Penguji

Bukan Pembimbing

:

Herri Gusmedi, S.T., M.T.

j-r

ST]RAT PERI\TYATAANI

Dengan

ini

saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang

pernah dilakukan oleh orang lain dan sepanjang sepengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali tertulis diacu dalam naskatr ini sebagaimana yang telah disebutkan di dalam daftar

pustaka Selain

itu

saya menyatakan pula bahwa skripsi

ini

dibuat oleh saya

sendiri.

Apabila pernyataan saya tidak benar maka saya bersedia dikenai sangsi sesuai dengan hukum yang berlaku.

20 Oktober 2015

Muhammad Reza Fauzan

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Jakarta, pada tanggal 7 September 1992, Penulis merupakan anak pertama dari dua bersaudara dari pasangan Bapak Ir. Irwansyah dan Ibu Ir. Elliza Rissa Lubis, yang diberi nama Muhammad Reza Fauzan.

Jenjang pendidikan yang ditempuh oleh penulis dimulai dari pendidikan Sekolah Dasar (SD) di SD AL-Kautsar Bandar Lampung diselesaikan pada tahun 2004, dilanjutkan ke Sekolah Menengah Pertama (SMP) di SMP N 2 Bandar Lampung pada tahun 2007, dan dilanjutkan ke Sekolah Menengah Atas (SMA) di SMA N 3 Bandar Lampung pada tahun 2010.

Pada tahun 2010, penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung melalui jalur UML. Selama menjadi mahasiswa penulis aktif dalam organisasi HIMATRO (Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro) menjadi Anggota Divisi Pendidikan Pada Tahun 2011 dan 2012. Penulis juga menjadi asisten Laboratorium Konversi Energi Elektrik jurusan Teknik Elektro. pada tahun 2013, penulis melaksanakan Kerja Praktik (KP) di PT. Indonesia Power UBP Suralaya Cilegon, Banten.

Dengan Kerendahan Hati Yang Tulus,

Bersama Keridhaan-MU Ya Allah,

Kupersembahkan Karya Tulis Ini Untuk Yang Tersayang:

Ayahanda dan Ibunda

Ir. Irwansyah & Ir. Elliza Rissa Lubis

Atas ketulusan cinta, kasih sayang, do’a dan semua pemberian

yang tiada henti, Semoga karya kecil ini dapat mengobati

beban kalian walau hanya sejenak, semua jasa-jasa kalian tak

akan pernah Kulupakan.

Tak lupa Untuk Adikku Tersayang :

M. Rafif Fadhil

MOTTO

“

Sebab Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada

kemudahan, sesungguhnya sesudah kesulitan ada

kemudahan

”

.

( Al-

Qur’an, Surat Al Insy

irah : 5&6 )

“

Sesungguhnya Allah tidak mengubah keadaan suatu

kaum, sehingga mereka mengubah keadaan yang ada

pada diri mereka sendiri

”

.

( Al-

Qur’an, Surat Ar

-

Ra’d : 11

)

“ Sebaik

-baiknya manusia, ialah yang paling bermanfaat

bagi manusia yang lain”.

( Rasulullah Muhammad saw )

SANWACANA

Assalammua’laikum Wr. Wb

Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah S.W.T yang telah memberikan rahmat dan berkah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan judul

“Analisa Harmonisa Akibat Pengaruh Penggunaan Converter Pada Kereta Rel Listrik 1x25 kV Jogyakarta-Solo” yang merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik (S.T) di Universitas Lampung. Sholawat serta salam senantiasa tercurah kepada Nabi Muhammad SAW sang penutup Nabi dan Rasul, kepada keluarga, sahabat, dan pengikutnya yang senantiasa setia sampai akhir zaman.

Dalam Proses pengerjaan skripsi ini, tak lupa penulis sampaikan penghargaan dan rasa terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan sripsi dan menyusun laporan ini sehingga dapat terselesaikan dengan baik dan tepat waktu, khususnya kepada :

1. Bapak Prof. Drs. Suharno, M.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung.

2. Bapak Agus Trisanto, Ph.D. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung.

3. Ibu Herlinawati, S.T., M.T., selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung.

xii

4. Bapak Dr. Eng. Yul Martin, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing Utama atas kesediaannya untuk memberikan topik, arahan, saran, bimbingan, diskusi, serta dorongan semangat dalam proses penyelesaian skripsi ini. 5. Bapak Ir. Abdul Haris M.T. selaku Dosen Pembimbing Pendamping atas

kesediaan, arahan, saran, serta dorongan semangat dalam proses penyelesaian skripsi ini.

6. Bapak Herri Gusmedi, S.T., M.T. selaku Dosen Penguji yang telah berkenan memberikan masukan, kritik, dan saran dalam penyelesaian skripsi ini.

7. Bapak Ir. Abdul Haris M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik atas bimbingannya selama penulis menempuh masa studi di Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung.

8. Mbak Dian Rustiningsih (Ning) dan Mas Daryono atas bantuannya dalam mengurus masalah administrasi selama penulis menjadi mahasiswa.

9. Bapak dan ibu dosen yang telah memberikan ilmu dan wawasan selama penulis menimba ilmu di Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung; 10. Kedua orang tua penulis, ayahanda dan ibunda tercinta, yang senantiasa

memberikan dukungan, cinta dan kasih sayang sehingga penulis mampu menyelesaikan tugas akhir ini.

11. Adikku tersayang, yang selalu memberikan dukungan, bantuan dan semangat selama penulis menyelesaikan kuliah.

12. Saudara-Saudaraku tersayang : Uci, Ayahanda, Bunda Ati, Bunda Ina, Bunda Nova, Uwo Nur, Paman Hadin, Om Arman, Tante Yeni, Tante Putri, Tante Titin, Bang Putra, Bang Isan, Adek Naufal, Adek Syifa, Adek Sabrina, Adek

xiii

Naura, Adek Agam serta Adek Nayla yang selalu memberikan doa dan semangat penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

13. Tim Skripsi Pak Yul Martin: Joelisca Saputra, Jefrianto Simamora, Devi Andini, Ayu Sintianingrum dan Rahmad Dwi Prima yang memberikan motivasi serta semangat yang luar biasa.

14. Sahabat, saudara, dan kawan seperjuangan mahasiswa Jurusan Teknik Elektro

’10: Jaya, Anwar, Derry, Budi, Ipin, Danny, Muthe, Kiki, Novia, Dian, Viktor, Neas, Renold, Allen, Haki, Andri, Jerry, Bang Ogex, Ucup Tamtomi, Bagus, Bang Sofyan, Agus, Saipul, Fendi, Sandi, Robi, Imam, Billy, Mahendra, Bagus, Radi, Irvika, Rendi, Harry, Khoirul, Aji, Seto, Ab, Agung, Afrijal, Lukman yang tidak bisa disebutkan namanya satu-persatu atas kebersamaan, persaudaraan, motivasi, dukungan, serta kisah yang takkan terlupa sepanjang hidup penulis.

15. Terima kasih juga untuk “Widia Rini Hartari” yang selalu memberikan motivasi, dukungan, bantuan dan selalu menemani selama dalam menyelesaikan perkuliahan dan skripsi ini.

16. Kakak dan adik tingkat jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung yang begitu luar biasa

17. Semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan namanya satu persatu, terima kasih atas semua bantuan yang telah diberikan dalam menyelesaikan tugas akhir ini. Mudah-mudahan itu semua menjadi amal kebaikan saudara.

Setiap karya yang dibuat oleh manusia, tidak lepas dari kesalahan. Begitupun, dengan tugas akhir ini. Saya menyadari masih banyak kekurangan,, dengan segala

xiv

kerendahan hati saya memohon maaf, Oleh karena itu masukan serta saran dan kritik membangun sangat penulis harapkan demi perbaikan di masa yang akan datang. Semoga skripsi ini dapat berguna dan bermanfaat bagi kita semua.

Wassalamu’alaikum Wr. Wb.

Bandar Lampung, 20 Oktober 2015 Penulis

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ... .... i

ABSTRAK ... ... ii

LEMBAR PERSETUJUAN... .. v

HALAMAN PENGESAHAN... vi

SANWACANA ... ... xi

DAFTAR ISI ... xv

DAFTAR GAMBAR... xvii

DAFTAR TABEL... xix

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... ... 1

1.2 Tujuan Penelitian... 3

1.3 Manfaat Penelitian ... ... 4

1.4 Rumusan Masalah ... ... 4

1.5 Batasan Masalah... 5

1.6 Hipotesis... 5

1.7 Sistematika Penulisan... 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Kereta Rel Listrik ... ... 7

2.2 Converter ... ... 10

2.2.1.Penyearah (Rectifier)... 10

2.2.2.Inverter... 12

2.3 Penelitian Terdahulu Mengenai Harmonisa... 14

2.4 Harmonisa... 16

2.5 Dampak Harmonisa... 19

xvi

2.6.1. Komponen Harmonisa... 21

2.6.2. Orde Harmonisa... 21

2.6.3. Distorsi Harmonisa Individu (IHD)... 21

2.6.4. Distorsi Harmonisa Total (THD)... 22

2.7 Standarisasi Harmonisa... 23

2.8 Filter Pasif... 24

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ... . 28

3.2 Alat dan Bahan ... . 28

3.3 Langkah-Langkah Penelitian... 29

3.4 Diagram Alir Penelitian... 37

BAB IV ANALISA HASIL DAN SIMULASI 4.1. Harmonisa Pada Sistem Kereta Rel Listrik (KRL)... 38

4.2. Simulasi Single Line Diagram... 39

4.3. Analisa Total Harmonic Distortion (THD)... 41

4.4. Perancangan Filter Pasif... 45

4.5. Perhitungan Rating Kerja Filter Pasif (Single Tuned Filter)... 51

4.5.1. Perhitungan Kerja Fundamental Filter Pasif (Single Tuned Filter)... 52

4.5.2. Perhitungan Kerja Harmonik Filter Pasif (Single Tuned Filter)... 53

4.5.3. Perhitungan Kerja Total Filter Pasif (Single Tuned Filter)... 55

4.6. Analisa Harmonisa Hasil Simulasi... 57

4.6.1. Harmonisa Sebelum Pemasangan Filter Pasif (Single Tuned Filter)... 58

4.6.2. Harmonisa Setelah Pemasangan Filter Pasif (Single Tuned Filter)... 61

4.6.3. Harmonisa Pada Sumber (utility)... 63

4.6.4. Harmonisa Pada Converter... 64

4.6.5. Harmonisa Pada Transformator 2... 69

4.6.6. Harmonisa Pada Beban Motor... 73

BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... . 78

5.2 Saran ... . 79 DAFTAR PUSTAKA

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

2. 1. Bagian-Bagian KRL ... 8

2. 2. Jembatan Dioda ... 11

2. 3. Penyearah Gelombang Penuh Tiga Fasa ... 12

2. 4. Inverter Jembatan Tiga Fasa ... 13

2. 5. Sinyal Keluaran Pada Setiap MOSFET ... 14

2. 6. Gelombang Frekuensi Dasar dan Harmonisa ... 17

2. 7. Rangkain Passive Fiter Dalam Sistem ... 25

2. 8. (a). Rangkaian Single Tuned Filter...25

2. 8. (b). Kurva Impedansi Terhadap Frekuensi...25

3. 1. Single Line Diagram Sistem Kereta Rel Listrik 1x25 kV Jogyakarta-Solo.. 31

3. 2. Tampilan Pertama ETAP Power Station versi 7.5.0 ... 32

3. 3. Tampilan Create New Project File ... 33

3. 4. Tampilan User Information ETAP Power Station ... 33

3. 5. Tampilan Utama Program ETAP Power Station versi 7.5.0 ... 34

3. 6. Single Line Diagram dalam ETAP Power Station versi 7.5.0 ... 34

3. 7. Tampilan Harmonic Analysis program ETAP Power Station versi 7.5.0 .... 35

3. 8. Diagram Alir Penelitian ... 37

4. 1. Pemodelan Sistem Dengan ETAP Power Station versi 7.5.0 ... 40

4. 2. Parameter Spesifikasi Filter Pasif (Single Tuned Filter) pada simulasi ETAP Power Station versi 7.5.0 ... 51

4. 3. Nilai THD (arus dan tegangan) Pada Sistem Sebelum Pemasangan Filter Pasif (Single Tuned Filter) ... 58

4. 4. Penempatan Filter Pasif (Single Tuned Filter) Pada Bus beban ... 60

4. 5. Nilai THD arus dan tegangan Pada Sistem Setelah Pemasangan Filter Pasif (Single Tuned Filter) ... 62

xviii

4. 6. (a) Gelombang Tegangan Pada Sisi Sumber (utility). ... 64

4. 6. (b) Spektrum Tegangan Pada Sisi Sumber... 64

4. 7. (a). Gelombang Arus Converter Sebelum Pemasangan Filter Pasif ... 65

4. 7. (b). Gelombang Arus Converter Setelah Pemasangan Filter Pasif ... 65

4. 8. (a). Spektrum Arus Converter Sebelum Pemasangan Filter Pasif. ... 66

4. 8. (b). Spektrum Arus Converter Setelah Pemasangan Filter Pasif ... 66

4. 9. (a). Gelombang Tegangan Converter Sebelum Filter Terpasang. ... 67

4. 9. (b). Gelombang Tegangan Converter Setelah Filter Terpasang. ... 67

4. 10. (a). Spektrum Tegangan Converter Sebelum Filter Terpasang. ... 68

4. 10. (b). Spektrum Tegangan Converter Setelah Fiter Terpasang... 68

4. 11. (a). Gelombang Arus Transformator Sebelum Pemasangan Filter Pasif .... 69

4. 11. (b) Gelombang Arus Transformator Setelah Pemasangan Filter Pasif ... 69

4. 12. (a). Spektrum Arus Transformator 2 Sebelum Pemasangan Filter Pasif. ... 70

4. 12. (b). Spektrum Arus Transformator 2 Setelah Pemasangan Filter Pasif. ... 70

4. 13. (a). Gelombang Tegangan Transformator 2 Sebelum Pemasangan Filter Pasif ... 71

4. 13. (b). Gelombang Tegangan Transfomator 2 Setelah Pemasangan Filter Pasif ... 71

4. 14. (a). Spektrum Tegangan Transformator 2 Sebelum Filter Pasif Terpasang 72 4. 14. (b). Spektrum Tegangan Transformator 2 Setelah Filter Pasif Terpasang.. 72

4. 15. (a). Gelombang Arus Beban Motor Sebelum Pemasangan Filter Pasif ... 73

4.15. (b). Gelombang Arus Beban Motor Setelah Pemasangan Filter Pasif ... 74

4. 16. (a). Spektrum Arus Beban Motor Sebelum Pemasangan Filter Pasif. ... 74

4. 16. (b). Spektrum Arus Beban Motor Setelah Pemasangan Filter Pasif. ... 75

4. 17. (a). Gelombang Tegangan Beban Motor Sebelum Pemasangan Filter Pasif ... 76

4. 17. (b). Gelombang Tegangan Beban Motor Setelah Pemasangan Filter Pasif. 76 4. 18. (a). Spektrum Tegangan Beban Motor Sebelum Pemasangan Filter Pasif. 77 4. 18. (b) Spektrum Tegangan Beban Motor Setelah Pemasangan Filter Pasif. .. 77

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

2.1. Batas THDv Sesuai Standar IEEE-519-1992... 23

2.2. Batas Arus Harmonisa Sesuai Standar IEEE-519-1992... 24

4.1. Perbandingan Nilai ITHD Hasil Simulasi Dengan Standar IEEE-519-1992.. 43

4.2. Perbandingan Nilai VTHD Hasil Simulasi Dengan Standar IEEE-519-1992. 44 4.3. Spesifikasi Filter Pasif (Single Tuned Filter)... 50

4.4. Karakteristik Utility (Sumber) System 3 ɵ... 54

4.5. Perbandingan Batas Kerja Filter Pasif (Single Tuned Filter)... 57

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dewasa ini pertumbuhan penduduk yang semakin meningkat menyebabkan tingginya kebutuhan akan sarana transportasi dalam menunjang kegiatan sehari-hari. Tingginya kebutuhan sarana transportasi harus ditunjangi dengan sarana transportasi yang baik pula seperti ketersediaan alat transportasi yang cukup dan ketersedian sumber daya alam yang memadai sebagai bahan bakar alat transportasi tersebut. Keberadaan alat transportasi pada saat ini masih banyak menggunakan sumber daya alam berupa bahan bakar fosil (BBM) yang semakin hari persediaanya semakin menipis serta harganya yang semakin meningkat. Untuk itu, diperlukan bahan bakar alternatif yang dapat diterapkan pada sarana transportasi tersebut seperti bahan bakar energi listrik

Dalam bidang transportasi tidak hanya bermasalah dalam bahan bakar yang dipakai tetapi seberapa besar sarana transportasi tersebut dapat menampung jumlah penumpang, hal ini dapat mengurangi terjadinya kemacetan yang dapat menghambat aktifitas. Sehingga diperlukan sarana transportasi yang dapat menampung jumlah penumpang yang banyak serta memakai bahan

2

bakar alternatif seperti bahan bakar yang bersumber dari energi listrik Sarana transportasi yang sesuai dalam keadaan di atas adalah Kereta Api Listrik (KRL).

Dalam dunia transportasi Kereta Api Listrik (KRL) sudah marak dipakai di negara-negara maju sebagai sarana transportasi utama. Hal ini sudah diterapkan di Indonesia namun masih terbatas pada jalur lintas Jabodetabek. Sehingga transportasi Kereta Api Listrik (KRL) ini akan diterapkan juga pada jalur lintas Yogyakarta – Solo. Pada saat ini jalur lintas Yogyakarta – Solo masih menggunakan Kereta Api Diesel (KRD) yang menggunakan bahan bakar solar.

Dalam mewujudkan Kereta Api Listrik (KRL) ini diperlukan studi dalam berbagai aspek seperti aspek ekonomi, teknis dan sosial. Dalam tugas akhir ini difokuskan dalam studi teknis dimana studi teknis ini yaitu menganalisa fenomena harmonisa yang terjadi akibat penggunaan beban-beban non linier yang dipakai pada peralatan penunjang Kereta Api Listrik (KRL). Salah satu beban non linier yang terdapat pada peralatan penunjang Kereta Rel Listrik (KRL) yang dapat menimbulkan harmonisa adalah Converter dimana Converter yang digunakan sebagai penyearah dimana peralatan tersebut berfungsi menyearahkan sumber tiga fasa yang berasal dari PLN menjadi sumber DC serta inverter yang berfungsi mengubah kembali sumber DC menjadi sumber AC sebagai sumber utama penggerak pada motor KRL. Penggunaan teknologi converter ini berfungsi untuk mengurangi

3

ketidakstabilan sistem akibat penggunaan beban yang tidak seimbang pada setiap fasa sumber yang diakibatkan hanya salah satu fasa saja yang digunakan sebagai sumber penggerak pada motor KRL. Harmonisa pada suatu sistem telah memiliki standar baik internasional maupun standar nasional sehingga untuk mengetahui apakah sistem KRL ini telah memenuhi standar maka diperlukan simulasi agar dalam rangka pengerjaan dapat memenuhi standar harmonisa. Untuk mensimulasikan sistem gardu induk aliran atas pada KRL ini maka diperlukan pengerjaan menggunakan software ETAP Power Station versi 7.5.0.

1.2. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

1. Menganalisa tingkat distorsi harmonisa pada sisi sumber dan sisi beban yang ditimbulkan akibat penggunaan Converter pada sistem Kereta Rel Listrik (KRL).

2. Merancang pemasangan filter pada sistem Kereta Rel Listrik guna meredam tingkat distorsi harmonisa akibat pengaruh pemakain Converter.

3. Menganalisa pengaruh pemasangan filter terhadap perubahan nilai harmonisa berdasarkan hasil simulasi.

4

1.3. Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan dapat tercapai dalam pembuatan Tugas Akhir ini adalah:

1. Dengan adanya simulasi dan perancangan sistem KRL ini, dapat memberi informasi tingkat distrosi harmonisa pada sistem KRL akibat penggunaan Converter.

2. Dengan adanya simulasi dan perancangan dari filter dapat memberikan informasi acuan dalam meredam tingkat distorsi harmonisa pada sistem guna mencegah terjadinya kerusakan peralatan pada sistem Kereta Rel Litrik (KRL).

1.4. Rumusan Masalah

Rumusan masalah pada penelitian ini adalah :

1. Bagaimana mensimulasikan sistem distribusi energi pada KRL dengan software ETAP Power Station versi 7.5.0.

2. Bagaimana cara melakukan pengukuran harmonisa yang terjadi pada simulasi.

3. Bagaimana cara merancang filter pada simulasi guna mereduksi harmonisa pada sisi beban dan sumber pada sistem KRL.

5

1.5. Batasan Masalah

Beberapa hal yang membatasi masalah dalam pembahasan tugas akhir adalah sebagai berikut :

1. Pengukuran harmonisa hanya dilakukan pada gardu traksi AC KRL. 2. Pengukuran harmonisa hanya dipengaruhi oleh Converter.

3. Penggunaan komponen induktor (L), kapasitor (C) sebagai filter sesuai dengan yang terdapat pada perangkat lunak yang digunakan.

4. Penggunaan software ETAP Power Station Versi 7.5.0 untuk mensimulasikan sistem KRL serta pemasangan filter

5. Standar yang digunakan dalam pengujian pada tingkat harmonisa hanya menggunakan standar IEEE-519-1992.

6. Tidak membahas pengaturan kecepatan pada motor Kereta Rel Litrik (KRL).

1.6. Hipotesis

Penggunaan teknologi Converter pada Kereta Rel Listrik (KRL) menyebabkan nilai distorsi harmonisa yang besar yang dapat menyebabkan kerusakan peralatan pada sistem sehingga untuk meredam besarnya nilai distorsi harmonisa diperlukan suatu alat berupa filter. Pemasangan filter pada setiap bus beban menyebabkan besarnya nilai distorsi harmonisa arus dan tegangan mengalami penurunan sehinggga sistem memenuhi standard IEEE-519-1992.

6

1.7. Sistematika Penulisan

Dalam penulisan skripsi ini penulis membuat sistematika penulisan sebagai berikut :

BAB 1. PENDAHULUAN

Menjelaskan tugas akhir secara umum, berisi latar belakang, tujuan, manfaat penelitian, batasan, perumusan masalah, dan sistematika penulisan.

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

Pada bab ini dijelaskan secara garis besar tentang penelitian-penelitian sebelumnya yang berhubungan dengan penelitian ini serta teori dasar yang mendukung.

BAB 3. METODE PENELITIAN

Memuat langkah-langkah yang dilakukan pada penelitian, diantaranya waktu dan tempat penelitian, alat dan bahan, komponen serta perangkat penelitian, prosedur kerja, perancangan, dan pengujian sistem

BAB 4. HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN

Bagian ini berisi mengenai hasil pengujian dari percobaan dan membahas terhadap data-data hasil pengujian yang diperoleh.

BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini akan menyimpulkan semua kegiatan dan hasil-hasil yang diperoleh selama proses pembuatan dan implementasi sistem.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kereta Rel Listrik (KRL)

Kereta Rel Listrik (KRL) merupakan kereta yang menggunakan tenaga listrik dalam menggerakkan motornya. Pada Kereta Rel Listrik (KRL) dua macam sumber listrik dapat digunakan yaitu sumber DC sebesar 600 V, 750 V, 1500 V, dan 3000 V, sedangkan untuk kereta sumber AC sebesar 15 kV dengan frekuensi 16,7 Hz dan 25 kV dengan frekuensi 50 Hz. Untuk menyalurkan sumber listrik ke kereta digunakan piranti bernama pantograf. Terdapat 2 tipe pantograf yang biasa digunakan pada KRL yaitu diamond-shaped dan single-arm, kedua tipe ini memiliki fungsi sama untuk mengalirkan listrik dari sumber diatas ke konverter kemudian diteruskan ke motor (Gambar 2.1) sehingga KRL berjalan. Pantograf harus selalu kontak secara kontinyu dengan konduktor sumber, disamping itu pantograf harus aerodinamis karena dipakai pada kecepatan yang relatif tinggi terus-menerus.

8

Gambar 2.1. Bagian-Bagian KRL[15]

Pada awal perkembangan KRL, motor DC dominan digunakan karena mudah pengaturannya. Cara klasik pengaturan KRL motor DC adalah dengan membatasi tegangan yang masuk ke motor DC dengan menggunakan rheostat sehingga kecepatan motor DC dapat diatur. Efisiensi yang rendah akibat rheostat dan berkembangnya teknologi saklar statis (thyristor) mengakibatkan cara ini sudah tidak lagi dipakai. Sekarang ini untuk mengatur tegangan DC pada KRL motor DC digunakan konverter DC-DC atau sering disebut DC Chopper. Dengan konverter DC-DC pengaturan tegangan lebih mudah dan efisiensi lebih baik. Penggunaan konverter DC-DC dimulai pada KRL generasi tahun 1950. Pada motor DC, komutator, sikat dan cincin belah merupakan sesuatu yang harus ada, banyak kejadian ground fault yang terjadi ketika komutator kontak dengan sikat pada kecepatan putar yang tinggi. Hal ini termasuk salah satu yang mendasari penggunaan motor AC pada KRL. Hal utama yang mendasari penggunaan motor AC adalah motor AC dapat melaju lebih cepat dibanding motor DC dikarenakan kecepatan motor AC diatur berdasarkan frekuensi yang disalurkan dengan nilai tegangan dan arus yang tetap sedangkan motor

9

DC kecepatannya tergantung dari nilai tegangan sumber dan fluks yang menyebabkan untuk menaikkan kecepatan pada motor DC diperlukan tegangan yang besar dan nilai fluks yang kecil dikarenakan hubungan tegangan sumber dan fluks pada motor DC berbanding terbalik. Dikarenakan tegangan sumber yang digunakan stabil maka kecepatan pada motor DC relatif lebih stabil dan lambat karena tidak dapat melaju melebihi ambang batas kecepatannya akibat tegangan sumber yang tidak dapat diperbesar dari ambang batasnya.

Dikarenakan kerugian sebelumnya dan semakin berkembangnya teknologi saklar statis untuk rangkaian elektronika daya mengakibatkan KRL generasi selanjutnya lebih memanfaatkan motor AC dari pada motor DC Apabila sumber yang digunakan berupa sumber DC maka pengaturan kecepatan menggunakan inverter VVVF (variable voltage, variable frequency) untuk mendapatkan tegangan AC tiga fasa yang bisa diubah-ubah tegangan sekaligus frekuensinya sehingga kecepatan motor AC dapat berubah-ubah. Pada kasus sumber yang dipakai adalah sumber AC satu fasa, diperlukan tambahan penyearah untuk mengubah sumber AC menjadi DC, kemudian diubah kembali menjadi tegangan tiga fasa menggunakan inverter VVVF (variable voltage, variable frequency). Hal tersebut terlihat cukup rumit dengan konfigurasi AC-DC-AC padahal sumbernya AC dan motornya AC juga. Sehingga pada umumnya sumber AC yang dipakai merupakan sumber satu fasa sedangkan motor AC yang digunakan adalah motor tiga fasa. Penggunaan motor AC pun terbagi menjadi dua macam, yaitu KRL dengan menggunakan mesin AC asinkron dan menggunakan mesin AC sinkron.

10

2.2 Converter

Pada sistem tenaga listrik terdapat empat jenis konversi daya yang berguna menunjang pemanfaatan energi. Konversi daya tersebut adalah sebagai berikut :

 Penyearah ( Rectifier)

Merupakan converter yang berfungsi merubah tegangan AC menjadi DC.

 Cycloconverter

Merupakan converter yang berfungsi merubah tegangan AC menjadi AC dengan mengontrol tegangan AC.

 DC Chopper

Merupakan converter yang berfungsi merubah tegangan DC menjadi DC dengan mengubah besaran tegangan DC.

 Inverter

Merupakan converter yang berfungsi merubah tegangan DC menjadi AC.

Pada sistem Kereta Rel Litrik (KRL) ini menggunakan converter jenis penyearah (rectifier) dan inverter.

2.2.1. Penyearah (Rectifier)

Penyearah (Rectifier) pada sistem Kereta Rel Litrik (KRL) ini berfungsi menyearahkan sumber 3 fasa AC 20 kV menjadi sumber 1500 V DC. Komponen dalam sistem penyearah adalah jembatan dioda yang terdiri atas 4 buah dioda yang ditunjukkan pada gambar 2.2 sebagai berikut :

11

Gambar 2.2. Jembatan Dioda.

Penyearah memiliki jenis-jenis rangkain berdasarkan gelombang keluaran yang dihasilkan.

Adapun jenis-jenis tersebut adalah : 1. Penyearah setengah gelombang 2. Penyearah gelombang penuh.

Pada simulasi, penyearah yang digunakan adalah penyearah gelombang penuh tiga fasa. Adapun gambar rangkaian pada penyearah gelombang penuh tiga fasa ditunjukkan pada gambar 2.3 sebagai berikut :

12

Gambar 2.3. Penyearah Gelombang Penuh Tiga Fasa[10]

2.2.2. Inverter

Pada sistem Kereta Rel Listrik (KRL) inverter berfungsi merubah kembali tegangan 1500 V DC menjadi 20 kV AC. Dalam sistem inverter komponen yang digunakan terdiri dari mosfet dan pulsa generator. Adapun inverter yang digunakan pada sistem KRL ini adalah inverter jembatan tiga fasa Hal ini ditunjukkan pada gambar 2.4 sebagai berikut :

13

Gambar 2.4. Inverter Jembatan Tiga Fasa

Cara kerja inverter pada gambar 2.4 adalah secara bergantian dilakukan pemicuan terhadap MOSFET sisi atas dan sisi bawah pada masing-masing fasa sesuai sudut pemicuan.

 Fasa R terdiri dari MOSFET 1 untuk sisi atas dan MOSFET 2 untuk sisi bawah.

 Fasa S terdiri dari MOSFET 3 untuk sisi atas dan MOSFET 4 untuk sisi bawah.

 Fasa T terdiri dari MOSFET 5 untuk sisi atas dan MOSFET 6 untuk sisi bawah.

14

Gambar 2.5. Sinyal Keluaran Pada Setiap MOSFET

Pemicuan MOSFET sisi atas dan bawah dilakukan secara bergantian dimana ketika MOSFET sisi atas dipicu (kondisi ON) maka MOSFET sisi bawah tidak dipicu (kondisi OFF).

2.3 Penelitian Terdahulu Mengenai Harmonisa

Dalam kaitannya dengan harmonisa, beberapa penelitian terdahulu telah mengidentifikasi dalam berbagai objek peralatan yang menyebabkan sumber harmonisa, misalnya dalam kasus harmonisa yang tejadi pada gardu penyearahan pusat listrik aliran atas PT KAI Commuter Jabodetabek yang ditulis oleh (sabri dkk, 2012) dalam makalahnya [7] yang dilakukan di KRL commuter Jabodetabek. Penelitian tersebut merancang fiilter pasif dan

15

pemasangan kapasitor bank yang berguna meredam harmonisa yang diakibatkan beban non liniear berupa penyearah. Penelitian ini dilakukan dengan cara mensimulasikan sistem pada program Matlab. Dari hasil penelitian didapat untuk mengatasi harmonisa pada sistem dilakukan pemasangan kapasitor bank pada busbar pertama dekat dengan sumber tiga fasa PLN sedangkan filter dipasang pada busbar kedua berdekatan dengan transformator. Hal tersebut menyebabkan penurunan nilai arus harmonisa total rata-rata yakni untuk penyearah 6 pulsa dari 25,36% menjadi 0,91% dan untuk penyearah 12 pulsa dari 11,64% menjadi 0,43%.

Penelitian untuk peredaman harmonisa dan perbaikan faktor daya pada beban rumah tangga yang dianalisa oleh (Hardi et al, 2013) pada makalahnya [4] _{yang bertujuan untuk mendapatkan sistem peredaman}

harmonisa dan perbaikan faktor daya khususnya untuk kebutuhan rumah tangga. Penelitian ini dilakukan dengan pengukuran, penghitungan, dan pengujian perancangan dari modul filter mengACu pada standar IEEE-519-1992. Dari hasi penelitian diperoleh menggunakan filter LCL Total Harmonic Distortion (THD) tegangan dari 5,4% berkurang menjadi 1,72% sedangkan THD arus dari 11,2% berkurang menjadi 3,12%.

Selanjutnya penelitian mengenai harmonisa pada beban komersial yaitu pada sistem kelistrikan Rumah Sakit Umum Pusat (RSUP) Sanglah telah dilakukan oleh (suweden et al, 2009) dalam makalahnya[5]. Penelitian ini menganalisa mengenai Total Harmonic Distortion (THD) yang terdapat

16

pada lima buah MDP (Main Distribution Panel) pada sistem kelistrikan RSUP Sanglah. Penelitian ini melakukan simulasi dengan simulink MATLAB 7.04 untuk mengetahui besarnya THDv dan THDi pada setiap MDP (Main Distribution Panel) apakah telah sesuai standard IEEE 519-1992. Hasilnya ialah nilai THDv pada lima buah MDP (Main Distribution Panel) bervariasi antara 0,46% - 3,77% dan THDi bervariasi antara 4,68% - 17,84%. Dengan pengoprasian filter pasif maka nilai THD mengalami penurunan dengan nilai terendah 2,63% hingga nilai 2,97% sehingga nilai THD arus dan THD tegangan telah memenuhi standar IEEE-152-1992.

2.4 Harmonisa[6]

Pada dasarnya, gelombang tegangan dan arus yang ditransmisi dan didistribusikan dari sumber ke beban berupa gelombang sinusoidal murni. Akan tetapi, pada proses transmisi dan distribusi ini terjadi berbagai macam gangguan sehingga bentuk gelombang tidak lagi sinusoidal murni. Salah satu fenomena penyimpangan bentuk gelombang sinusoidal ini adalah distorsi harmonik. Harmonik adalah gejala pembentukan gelombang sinusoidal dengan frekuensi yang merupakan perkalian bilangan bulat dengan frekuensi dasarnya. Bila terjadi superposisi antara gelombang frekuensi dasar dengan gelombang frekuensi harmonisa maka terbentuklah gelombang yang terdistorsi sehingga bentuk gelombang tidak lagi sinusoidal. Adapun gelombang frekuensi dasar dan harmonisa dapat diperlihatkan pada gambar 2.6 sebagai berikut :

17

Gambar 2.6. Gelombang Frekuensi Dasar dan Harmonisa.[13]

Harmonisa menurut International Electrotechnical Commision (IEC) 6100-2-1-1990 didefenisikan sebagai tegangan ataupun arus sinusoidal yang mempunyai kelipatan frekuensi sistem pasokan tenaga listriknya sebagaimana yang dirancang untuk dioperasikan (50 Hz ataupun 60 Hz). Seperti dengan IEC, Institute of Electrical and Electronic Engineering (IEEE) Std 1159-1995 mendefenisikan harmonik sebagai tegangan ataupun arus sinusoidal yang mempunyai kelipatan bulat dari frekuensi dimana sistem tenaga listrik pasokannya dirancang untuk dioperasikan (atau disebut juga dengan terminologi : frekuensi fundamental, yaitu pada umumnya 50 Hz atau 60 Hz.

Harmonisa disebabkan oleh adanya beban nonlinier yang digunakan dalam sistem tenaga listrik. Peralatan seperti converter, penyearah, adjustable speed drive untuk mengendalikan motor-motor industri, thyristor controlled reactor, serta berbagai peralatan yang didasarkan pada proses pensaklaran dapat menimbulkan terjadinya harmonik.

18

Sumber harmonisa secara garis besar terdiri dari 2 jenis yaitu peralatan yang memiliki kondisi saturasi (saturated device) dan peralatan elektronika daya (power electronic equipment). Peralatan yang memiliki kondisi saturasi biasanya memiliki komponen yang bersifat magneting seperti transformator, mesin-mesin listrik, tanur busur listrik, peralatan yang menggunakan power supply, dan magnetic ballast. Peralatan elektronika daya biasanya menggunakan komponen-komponen elektronika daya seperti thyristor, dioda, dan lain-lain.

C. Dugan Roger, dkk, membagi sumber-sumber harmonisa berdasarkan sumber harmonik dari beban komersial dan sumber harmonik dari beban industri sebagai berikut :[3]

a. Sumber Harmonik dari Beban Komersial

Fasilitas komersial seperti kantor yang kompleks, pusat perbelanjaan, rumah sakit, dan akses data internet didominasi oleh lampu flourecent dengan ballast elektronik, Pengatur kecepatan (adjustable-speed driver) digunakan pada pemanasan (heating), Ventilasi (Ventilation), dan pendingin ruangan (AC) disingkat HVAC, elevator, dan peralatan elektronik sensitive lainnya pada umumnya disuplai dari single-phase switchmode power supplies (SMPS). Beban komersial merupakan beban dengan produksi harmonik kecil, tergantung pada keragaman jenis beban.

19

b. Sumber Harmonik dari Beban Industri

Fasilitas industri modern dicirikan oleh aplikasi luas beban nonlinier. Sumber harmonisa dari kelompok beban industri ini merupakan sumber harmonisa yang sangat penting, karena beban industri pada umumnya menghasilkan harmonisa yang cukup besar dibandingkan dengan beban komersial. Industri sering memanfaatkan fasilitas kapasitor bank untuk memperbaiki faktor daya untuk menghindari biaya penalti. Aplikasi kapasitor untuk perbaikan faktor daya memperbesar harmonik arus dari beban nonlinier, sehingga menimbulkan resonansi. Beban nonlinear industri secara umum dapat dikelompokkan menjadi tiga kategori : Konverter daya tiga phasa (threephase power converter), peralatan tungku (arcing devices) dan perangkat saturasi (saturable devices).

2.5 Dampak Harmonisa[5]

Secara khusus, efek atau dampak yang ditimbulkan oleh harmonik pada sistem tenaga listrik dapat dibagi menjadi :

1. Efek Jangka Pendek

a. Tegangan harmonik dapat mengganggu peralatan kontrol yang digunakan pada sistem elektronik.

b. Harmonik dapat menyebabkan kesalahan pada peralatan pengukuran listrik yang menggunakan prinsip induksi magnetik. c. Harmonik juga dapat mengganggu alat-alat pengaman dalam

20

d. Pada mesin-mesin berputar seperti generator dan motor, torsi mekanik yang diakibatkan oleh arus harmonik dapat menyebabkan getaran dan suara/bising pada mesin-mesin tersebut.

e. Bila ada sistem komunikasi yang dekat dengan sistem tenaga listrik maka sistem tersebut dapat terganggu oleh harmonik. Biasanya sistem kontrol dari sistem telekomunikasi yang terganggu oleh harmonik.

2. Efek Jangka Panjang a. Pemanasan kapasitor.

b. Pemanasan pada mesin-mesin listrik

Tegangan non-sinusoidal yang diterapkan pada mesin listrik dapat menimbulkan masalah-masalah sebagai berikut : Meningkatkan rugi inti dan rugi belitan, serta pemanasan lebih.

c. Pemanasan pada Transformator

Transformator sangat rentan terhadap pengaruh harmonik. Transformator dirancang sesuai dengan frekuensi kerjanya. Frekuensi harmonik yang lebih tinggi dari frekuensi kerjanya akan mengakibatkan penurunan efisiensi dan pada akhirnya mengakibatkan kerugian daya. Pengaruh utama harmonik pada transformator adalah :

1) Panas lebih yang dibangkitkan oleh arus beban yang mengandung harmonik.

2) Kemungkinan resonansi paralel transformator dengan kapasitansi sistem.

21

d. Pemanasan pada kabel dan peralatan lainnya :

Rugi-rugi kabel yang dilewati oleh arus harmonisa akan semakin besar. Hal ini disebabkan meningkatnya resistansi dari tembaga akibat meningkatnya frekuensi (efek kulit).

2.6 Istilah-Istilah Yang Terdapat Dalam Harmonisa[7]

2.6.1 Komponen Harmonisa

Komponen harmonisa adalah gelombang yang mempunyai frekuensi kelipatan bilangan asli terhadap frekuensi dasar (frekuensi fundamental).

2.6.2 Orde Harmonisa

Orde harmonisa adalah perbandingan frekuensi harmonik dan frekuensi dasar.

ℎ

=

�_� (2.1)

ℎ : Orde Harmonisa

� : Frekuensi ke-n

� : Frekuensi Fundamental (50 Hz) 2.6.3 Distorsi Harmonisa Individu (IHD)

Menurut saudara Endi Sopyandi, Distorsi Harmonisa Individu (IHD) merupakan rasio tegangan atau arus antara nilai RMS harmonik dengan RMS dasar (fundamental)[9],

� =

ℎ

22

�

=

�

orde harmonisa ke-h (h-2, 3, 4, 5...., h)

�

ℎ

=

Nilai RMS arus atau tegangan harmonisa ke-h

=

Nilai RMS arus atau tegangan dasar (fundamental)

2.6.4 Distorsi Harmonisa Total (THD)

Total Harmonic Distortion (THD) adalah perbandingan antara nilai RMS dari seluruh komponen harmonisa terhadap nilai RMS dari fundamental, biasanya dinyatakan dalam persen (%). Nilai dari THD ini digunakan untuk mengukur besarnya penyimpangan dari bentuk gelombang periodik yang mengandung harmonisa dari gelombang sinusoidal murninya. Untuk gelombang sinusiodal sempurna nilai dari THD adalah bernilai 0%. Untuk mencapai nilai THD untuk tegangan dan arus dapat menggunakan rumus sebagai berikut :

�� =

√∑∞�= ��

� × % (2.3)

� =

√∑∞ _� �=

× % (2.4)

Keterangan :

Vn : Nilai Tegangan harmonisa (V)

�

:

Nilai fundamental (V)

:

Nilai arus harmonisa (A)

23

: Komponen harmonisa maksimum yang diamati 2.6.5 Nilai RMS

Nilai RMS yang dihasilkan oleh gelombang arus/tegangan yang terdistorsi harmonisa dapat dinyatakan dengan persamaan berikut, sesuai dengan formulasi pada Dugan, Roger,C (2003)[3]

= √∑ℎ ���

ℎ> = � � √ + � � (2.5)

ℎ =

� = Nilai RMS dari arus atau tegangan ke-h

2.7 Standarisasi Harmonisa

Keberadaan harmonisa pada kualitas daya sudah ditentukan batas yang diizinkan sesuai dengan standar internasional yaitu IEEE-519-1992 dan IEC 61000. Standar Harmonisa tegangan ditentukan oleh tegangan sistem yang dipakai seperti pada tabel 2.1 berikut :

Tabel 2.1. Batas THDv sesuai standar IEEE-519-1992[2]

Tegangan Rel Daya Pada PCC

Distorsi Tegangan Individu (IHDv)

Total Hamonisa Distorsi Tegangan (THDv)

≤ 69 � 3.0 5.0

69 � < � ≤ 6 � 1.5 2.5

> 6 � 1.0 1.5

Untuk menentukan batas harmonisa arus sesuai standar IEE-519-1992 sesuai nilai Short Circuit Ratio (SCR). Dimana SCR adalah perbandingan antara arus hubung singkat dengan arus beban nominal seperti pada tabel 2.2 berikut :

24

Tabel 2.2. Batas arus harmonisa sesuai standar IEEE 519-1992[2]

Orde Harmonisa (dalam %) Total Deman Distortion

(TDD) Isc/IL < 11 11-17 17-23 23-35 >35

<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

Dimana :

Isc : arus hubung singkat pada Point of Common Coupling (PCC) (ampere)

� : Arus beban fundamental nominal (ampere)

TDD : Total Demand Distortion (%)

2.8 Filter Pasif

Aplikasi filter pasif merupakan metode penyelesaian yang efektif dan ekonomis untuk masalah harmonisa. Filter pasif sebagian besar didesain untuk memberikan bagian khusus untuk mengalihkan arus harmonisa yang tidak diinginkan dalam sistem tenaga. Rangkain filter pasif terdiri dari R, L, dan C. Komponen utama yang terdapat pada filter pasif adalah kapasitor dan induktor. Kapasitor dihubungkan seri atau paralel untuk memperoleh sebuah total rating tegangan dan kVAR yang diinginkan. Sedangkan induktor digunakan dalam rangkain filter dirancang mampu menahan selubung frekuensi tinggi yaitu efek kulit (skin effect)[9].

25

Gambar 2.7. Rangkain Passive Fiter Dalam Sistem

Tipe filter pasif yang umum digunakan adalah single tuned filter. Rangkain filter ini mempunyai impedansi yang rendah.

Menurut saudara adrianto 2007 menjelaskan tentang single tuned filter dan memberikan contoh rangkain filter dan kurva impedansi terhadap frekuensi yang dapat dilihat pada gambar 2.8 [1]_:

Gambar 2.8 (a). Rangkaian Single Tuned Filter (b). Kurva Impedansi Terhadap Frekuensi

Impedansi single tuned filter diberikan oleh persamaan :

= + [��− _�

26

Sedangkan magnitude impedansi single tuned filter adalah :

| �| = √ + [��−_�� (2.7)

Resonansi terjadi pada saat nilai reaktansi sama dengan kapasitansi. Filter disetel pada frekuensi fr, yang menghasilkan resonansi seri. Frekensi ini diberikan oleh persamaan :

= _�√� (2.8)

Pada frekuensi fr, single tuned filter memiliki impedansi minimum, sebesar nilai resistansi R dari induktor. Oleh karena itu, filter ini menyerap semua arus harmonisa yang dekat dengan frekuensi fr yang diinjeksikan, dengan distorsi tegangan harmonisa yang rendah pada frekuensi ini.

Parameter yang perlu dipertimbangkan dalam menentukan nilai R, L dan C adalah faktor kualitas (Quality fACtor-Q). Faktor kualitas dari sebuah filter (Q) adalah ukuran ketajaman penyetelan filter tersebut dalam mengeliminasi harmonisa[14]. Filter dengan Q tinggi disetel pada frekuensi rendah (misalnya harmonisa kelima), dan nilainya biasannya terletak antara 30 dan 60. Dalam single tuned filter, faktor kualitas Q didefinisikan sebagai perbandingan antara induktansi atau kapasitansi pada frekuensi resonansi terhadap resistansi.

= �_� (2.9)

X0 = √�

X0 = impedansi filter

27

Filter yang efektif harus memiliki induktor dengan faktor kualitas yang besar, oleh karena itu R>X0 pada frekuensi resonansi. Perkiraan nilai Q

untuk reaktor inti udara (air core reactors) adalah 75 dan untuk reaktor inti besi (iron core reactors)[13].

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1.Waktu dan Tempat Penelitian

Pengerjaan tugas akhir ini dilakukan di Laboratorium Terpadu Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung pada bulan Desember 2014 sampai dengan bulan September 2015.

3.2. Alat dan Bahan

Adapun peralatan dan bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Satu Unit Laptop dan sistem operasi window 7

2. Perangkat lunak ETAP Power Station versi 7.5.0 sebagai alat bantu untuk simulasi dan analisa besarnya tingkat distorsi harmonisa.

3. Data-data berupa one line diagram sistem tenaga kereta rel listrik 1x25 kV Jogyakarta – Solo.

29

3.3. Langkah-Langkah Penelitian

Dalam penyelesaian tugas akhir ini akan dilakukan beberapa tahapan sebagai berikut :

1. Studi Literatur

Dalam studi literatur dimaksudkan untuk mempelajari dan mencari informasi dari buku, jurnal dan artikel-artikel dari internet sebagai referensi yang menyangkut masalah yang diangkat dalam penyusunan tugas akhir ini diantaranya adalah :

a. Sistem Kereta Rel Listrik

b. Studi Harmonisa akibat penggunaan Converter

2. Pengumpulan Data Setiap Komponen

Pada penelitian ini data setiap komponen yang akan dirancang pada sistem dikumpulkan agar mendukung pembuatan simulasi sistem

3. Simulasi

Seperti yang telah disebutkan pada bab sebelumnya bahwa tujuan penulisan tugas akhir ini adalah menganalisa tingkat distorsi harmonik pada sistek KRL akibat penggunaan Converter serta pengaruh pemasangan filter yang dapat meredam tingkat distorsi harmonisa yang akan disimulasikan pada program ETAP Power Station versi 7.5.0.untuk mengetahui apakah sistem telah memenuhi standar harmonisa yang telah ditetapkan IEEE 519-1992.

30

Simulasi sistem ini dilakukan menggunakan program ETAP Power Station versi 7.5.0. yang didalamnya terdapat fasilitas untuk membuat Single Line Diagram yang sesuai dengan obyek penelitian dari menu-menu program yang ada pada program ETAP Power Station versi 7.5.0. sehingga memberikan kemudahan bagi pengguna untuk dapat menjalankan program tersebut.

Simulasi dilakukan dengan cara :

1. Memasukkan parameter yang diperlukan untuk melakukan simulasi, adapun data masukan yang dibutuhkan dalam perhitungan arus hubung singkat dengan program ETAP Power Station versi 7.5.0.:

A. Nama Busbar B. Tipe Busbar

a. Bus Referensi/slack bus b. Bus beban

C. Besar Tegangan Busbar D. Data Penghantar

a. Jarak penghantar b. Impedansi Penghantar E. Data Sumber Pembangkitan

a. Tegangan sumber F. Data Transfomator G. Data Penyearah H. Data Inverter. I. Data Beban (Motor).

31

2. Merancang Simulasi Kereta Rel Listrik

Untuk merancang simulasi dengan menggunakan program ETAP Power Station versi 7.5.0, maka Single Line Diagram dari Sistem Kereta Rel Listrik yang akan dianalisa harus dibuat terlebih dahulu sesuai komponen yang ada, yaitu dari sumber pembangkitan hingga beban. Gambar dibawah ini merupakan Single Line Diagram dari sistem Kereta Rel Listrik yang akan dibuat pemodelannya pada program ETAP Power Station versi 7.5.0. Hal ini terlihat pada gambar 3.1 :

Gambar 3.1 Single Line Diagram Sistem Kereta Rel Listrik 1x25 kV Jogyakarta-Solo

32

Untuk mengetahui besarnya tingkat distorsi harmonisa , maka terlebih dahulu kita membuat Single Line Diagram dari sistem itu sendiri. Berikut ini langkah-langkahnya :

a. Jalankan Program ETAP Power Station versi 7.5.0

Program ETAP Power Station versi 7.5.0 dapat digunakan setelah diinstal ke dalam komputer, setelah itu program dapat digunakan dengan cara mengklik program ETAP Power Station versi 7.5.0. Setelah program dijalankan maka akan tampak tampilan seperti gambar 3.2 yang merupakan tampilan pertama program ETAP Power Station versi 7.5.0. Dapat terlihat pada gambar 3.2 sebagai berikut :

Gambar 3.2. Tampilan Pertama ETAP Power Station versi 7.5.0

b. Membuat Studi Kasus Yang Baru

Untuk membuat studi kasus yang baru maka pada gambar 3.2, setelah itu klik file lalu new project dan akan muncul seperti gambar 3.3 lalu

33

menulis name project dan pilih unit system dan requeired password sesuai dengan kebutuhan.

Gambar 3.3 Tampilan Create New Project File

Setelah pada gambar 3.3 maka klik ok dan akan tampil seperti gambar 3.4.

34

c. Membuat One Line Diagram

Gambar 3.5 Tampilan Utama Program ETAP Power Station versi 7.5.0

Pada gambar 3.5 terdapat ruang untuk menggambar one line diagram dengan menggunakan template yang terdapat pada toolbar yang terletak di sebelah kanan. Contoh one line diagram yang telah dibuat seperti pada gambar 3.6 di bawah ini.

Gambar 3.6 Single Line Diagram dalam ETAP Power Station versi 7.5.0

35

d. Mendapatkan Nilai Total Harmonic Distortion (THD)

Untuk mendapatkan nilai Total Harmonic Distortion (THD), terlebih dahulu kita menjalankan sistem one line diagram pada program ETAP Power Station versi 7.5.0 pada tampilan Harmonic Analysis. Kemudian didapat nilai Total Harmonic Distortion tegangan maupun arus pada setiap bus akibat penggunaan Converter baik pada sisi beban maupun sisi sumber. Hal ini terlihat seperti pada gambar 3.7 :

Gambar 3.7 Tampilan Harmonic Analysis program ETAP Power Station versi 7.5.0

4. Membuat Analisa dari Hasil Simulasi

Setelah perancangan sistem melalui simulasi selesai maka didapatkan data sesuai hasil simulasi software ETAP Power Station versi 7.5.0. Hasil simulasi berupa data nilai Total Harmonic Distortion (THD) dan gambar gelombang sinusoidal serta spektrum arus maupun tegangan. Apabila nilai Total Harmonic Distortion (THD) masih diatas ambang batas standar yang

36

ditetapkan IEEE 519-1992 maka diperlukan pemasangan filter pasif guna mereduksi nilai harmonisa.

5. Penulisan Laporan

Dalam tahap ini dilakukan penulisan laporan hasil dari penelitian secara lengkap tinjauan pustaka hingga proses simulasi yang dilakukan dan analisa serta kesimpulan dan saran.

37

3.4.Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Ya

Tidak

Gambar 3.8 Diagram Alir Penelitian MULAI

Studi Literatur dan Pengumpulan

Data Komponen

Pengukuran Harmonisa Simulasi Pada ETAP Memasukkan Nilai-Nilai Data

Komponen

Pemodelan Sistem Pada ETAP

Pengujian Simulasi

1

SELESAI

Desain

Filter

Analisa Harmonisa

Harmonisa Tereduksi

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Setelah melakukan proses perancangan menggunakan simulasi ETAP Power Station versi 7.5.0 serta membandingkan hasil simulasi dengan teori-teori penunjang, maka dapat disimpulkan beberapa hal mengenai hasil dari pengerjaan tugas akhir ini yaitu :

1. Tingkat distorsi harmonik tegangan (THDv) pada sisi sumber hasil simulasi perancangan sistem pada ETAP Power Station versi 7.5.0 sebesar 2,58 % baik setelah pemasangan maupun sebelum pemasangan filter pasif (Single Tuned Filter ). Sehingga dapat dikatakan sistem pada sisi sumber telah memenuhi standar IEEE-519-1992.

2. Pemasangan Filter Pasif (Single Tuned Filter) pada sistem terpasang pada setiap beban, pemasangan tersebut menyebabkan penurunan nilai THDv dan THDi sehingga sistem telah memenuhi standar IEEE-519-1992.

3. Penurunan nilai THDv pada setiap bus akibat pemasangan filter pasif (Single Tuned Filter) adalah sebagai berikut : penurunan pada Converter sebesar 8% (dari 12,6% menjadi 4,61%), pada Tranformator 2 (T2) sebesar 44,71% (dari 48,99% menjadi 4,28%) dan pada beban motor sebesar 43,91% (dari 48,91% menjadi 5%).

79

4. Perubahan nilai THDi akibat pemasangan filter pasif (Single Tuned Filter) adalah sebagai berikut : terjadi penurunan pada transformator 2 sebesar 0,3% (dari 5,03% menjadi 4,73%), beban motor sebesar 19,85% (dari 22,92% menjadi 3,07) sedangkan pada converter mengalami kenaikan sebesar sebesar 0,03% (dari 14,24% menjadi 14,27%) namun masih memenuhi standar IEEE-519-1992.

5. Besar nilai distorsi harmonisa pada sisi beban lebih besar dibandingkan pada sisi sumber, hal ini terlihat pada besarnya nilai THDv pada sisi beban motor sebesar 22,92% sedangkan pada sisi sumber sebesar 2,58% saat sebelum pemasangan filter pada sistem.

5.2. Saran

Selama pengerjaan tugas akhir ini tentu tidak terlepas dari berbagai kekurangan dan kelemahan, baik dari segi sistem atau perancangan yang dilakukan. Untuk itu demi kesempurnaan hasil bila dilakukan penelitian selanjutnya disarankan :

1. Memasukkan sistem kontrol kecepatan motor pada sistem guna mendapatkan nilai harmonisa arus maupun tegangan yang lebih detail untuk direduksi untuk membuat sistem lebih handal.

2. Perancangan jenis filter pasif yang lain selain Single Tuned Filter untuk mereduksi harmonisa arus maupun tegangan.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Adrianto.2007.”Optimalisasi Penempatan Filter Pasif untuk Mereduksi Rugi-Rugi Daya Akibat Arus Harmonik Pada Industri Baja”.Universitas Indonesia.Depok.

[2] Arrilaga.j, N.R. Watson.2003.”Power System Harmonics, Second Edition” John Wiley & Sons, Ltd ISBN: 0-470-85129-5.

[3] Dugan. Roger C, et. 2004. “Electrical Power System Quality Second Edition”, McGraw-Hill.

[4] Hardi. Supri, Yaman.2013. “Peredaman Harmonisa Dan Perbaikan Faktor

Daya Aplikasi Beban Rumah Tangga’’. Lhoksumawe : Jurnal Litek

(ISSN: 1693-8097), Vol 10 No. 1.

[5] Nengah Suwiden.2009. “Analisa Penanggulangan THD dengn Filter Pasif Pada Sistem Kelistrikan RSUP Sanglah”. Bali : Jurnal Teknik Elektro Universtas Udayana, Vol 78 No. 2.

[6] Priliasari, Fika. 2007. “Studi Pengaruh Harmonisa Pada Arus Litrik Terhadap Besarnya Penurunan Kapasitas Daya (Kva) Terpasang Transformator Distribusi” . Bandar Lampung : Jurnal Teknik Elektro Universitas Lampung, Vol 1 No 1.

[7] Sabri, Yusra. 2012. ”Perancangan Filter Pasif Untuk Mengatasi Harmonisa Pada Gardu Penyearahan Pusat Litrik Aliran Tas – PT KAI Commuter

Jabodetabek Indonesia’’. Bandung : Jurnal STEI ITB.

[8] Sankaran.C.2002.”Power Quality”.New York :CRC Press LLC.

[9] Sopyandi, Endi. “Perancangan Single Tuned Filter Untuk Mereduksi Harmonisa Arus Dengan Simulasi Program ETAP Power Station 5.0.3”. (jurnal). Universitas Indonesia (UI).

[10] Sujatmiko, Agung. Juni 2010. “Pengaruh Harmonisa terhadap Kinerja Transformator Arus”. Depok : Skripsi Departemen Teknik Elektro FT UI. [11] Tanoto. 2005. “Simulasi Actife Filter dan Sistem Kerja Rangkaian Dalam

Meredam Harmonisa pada Vacumm Casting Induction Furnace Dengan daya 9 kW, 13,8 kVA, 200v, 3 fasa, 50/60 Hz”. Surabaya : Skripsi Jurusan Teknik Elektro Universitas Kristen Petra.

[12] Rashid.Muhammad.1999. “Elektronika Daya Rangkaian, Devais, dan Aplikasinya Jilid 1. Jakarta : Prehallindo.

[13] Tarmizi.2010.”Pengaruh Harmonisa Terhadap Putra .KWH Metel Analog Banda Aceh.Jurnal. Universital Syah Kuala.

[14] Aditama.Indra.2013.”Perancangan Tapis Pasif (Singel Tuned Filter) Untuk Mereduksi Arus Harmonisa Akibat Pemakain Beban Non Linier Di

Transformator Pemakaian Sendiri PLTU Tarahan”.Bandar

Lampung.Skripsi.Universitas Lampung.

[15] “Komponen Kereta Rel Listrik” Diakses dari

https://infokomrailfans17.wordpress.com/2011/06/26/sistem-penggerak-kereta-listrik/.html pada tanggal 7 Januari 2015

ditetapkan IEEE 519-1992 maka diperlukan pemasangan filter pasif guna mereduksi nilai harmonisa.

5. Penulisan Laporan

Dalam tahap ini dilakukan penulisan laporan hasil dari penelitian secara lengkap tinjauan pustaka hingga proses simulasi yang dilakukan dan analisa serta kesimpulan dan saran.

37

3.4.Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Ya

Tidak

Gambar 3.8 Diagram Alir Penelitian MULAI

Studi Literatur dan Pengumpulan

Data Komponen

Pengukuran Harmonisa Simulasi Pada ETAP Memasukkan Nilai-Nilai Data

Komponen

Pemodelan Sistem Pada ETAP

Pengujian Simulasi

1

SELESAI

Desain Filter

Analisa Harmonisa

Harmonisa Tereduksi

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Setelah melakukan proses perancangan menggunakan simulasi ETAP Power

Station versi 7.5.0 serta membandingkan hasil simulasi dengan teori-teori

penunjang, maka dapat disimpulkan beberapa hal mengenai hasil dari pengerjaan tugas akhir ini yaitu :

1. Tingkat distorsi harmonik tegangan (THDv) pada sisi sumber hasil simulasi perancangan sistem pada ETAP Power Station versi 7.5.0 sebesar 2,58 % baik setelah pemasangan maupun sebelum pemasangan filter pasif

(Single Tuned Filter ). Sehingga dapat dikatakan sistem pada sisi sumber

telah memenuhi standar IEEE-519-1992.

2. Pemasangan Filter Pasif (Single Tuned Filter) pada sistem terpasang pada setiap beban, pemasangan tersebut menyebabkan penurunan nilai THDv dan THDi sehingga sistem telah memenuhi standar IEEE-519-1992.

3. Penurunan nilai THDv pada setiap bus akibat pemasangan filter pasif

(Single Tuned Filter) adalah sebagai berikut : penurunan pada Converter

sebesar 8% (dari 12,6% menjadi 4,61%), pada Tranformator 2 (T2) sebesar 44,71% (dari 48,99% menjadi 4,28%) dan pada beban motor sebesar 43,91% (dari 48,91% menjadi 5%).

79

4. Perubahan nilai THDi akibat pemasangan filter pasif (Single Tuned Filter) adalah sebagai berikut : terjadi penurunan pada transformator 2 sebesar 0,3% (dari 5,03% menjadi 4,73%), beban motor sebesar 19,85% (dari 22,92% menjadi 3,07) sedangkan pada converter mengalami kenaikan sebesar sebesar 0,03% (dari 14,24% menjadi 14,27%) namun masih memenuhi standar IEEE-519-1992.

5. Besar nilai distorsi harmonisa pada sisi beban lebih besar dibandingkan pada sisi sumber, hal ini terlihat pada besarnya nilai THDv pada sisi beban motor sebesar 22,92% sedangkan pada sisi sumber sebesar 2,58% saat sebelum pemasangan filter pada sistem.

5.2. Saran

Selama pengerjaan tugas akhir ini tentu tidak terlepas dari berbagai kekurangan dan kelemahan, baik dari segi sistem atau perancangan yang dilakukan. Untuk itu demi kesempurnaan hasil bila dilakukan penelitian selanjutnya disarankan :

1. Memasukkan sistem kontrol kecepatan motor pada sistem guna mendapatkan nilai harmonisa arus maupun tegangan yang lebih detail untuk direduksi untuk membuat sistem lebih handal.

2. Perancangan jenis filter pasif yang lain selain Single Tuned Filter untuk mereduksi harmonisa arus maupun tegangan.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Adrianto.2007.”Optimalisasi Penempatan Filter Pasif untuk Mereduksi Rugi-Rugi Daya Akibat Arus Harmonik Pada Industri Baja”.Universitas Indonesia.Depok.

[2] Arrilaga.j, N.R. Watson.2003.”Power System Harmonics, Second Edition”

John Wiley & Sons, Ltd ISBN: 0-470-85129-5.

[3] Dugan. Roger C, et. 2004. “Electrical Power System Quality Second

Edition”, McGraw-Hill.

[4] Hardi. Supri, Yaman.2013. “Peredaman Harmonisa Dan Perbaikan Faktor Daya Aplikasi Beban Rumah Tangga’’. Lhoksumawe : Jurnal Litek (ISSN: 1693-8097), Vol 10 No. 1.

[5] Nengah Suwiden.2009. “Analisa Penanggulangan THD dengn Filter Pasif Pada Sistem Kelistrikan RSUP Sanglah”. Bali : Jurnal Teknik Elektro Universtas Udayana, Vol 78 No. 2.

[6] Priliasari, Fika. 2007. “Studi Pengaruh Harmonisa Pada Arus Litrik Terhadap Besarnya Penurunan Kapasitas Daya (Kva) Terpasang Transformator Distribusi” . Bandar Lampung : Jurnal Teknik Elektro Universitas Lampung, Vol 1 No 1.

[7] Sabri, Yusra. 2012. ”Perancangan Filter Pasif Untuk Mengatasi Harmonisa Pada Gardu Penyearahan Pusat Litrik Aliran Tas – PT KAI Commuter Jabodetabek Indonesia’’. Bandung : Jurnal STEI ITB.

[8] Sankaran.C.2002.”Power Quality”.New York :CRC Press LLC.

[9] Sopyandi, Endi. “Perancangan Single Tuned Filter Untuk Mereduksi

Harmonisa Arus Dengan Simulasi Program ETAP Power Station 5.0.3”. (jurnal). Universitas Indonesia (UI).

[10] Sujatmiko, Agung. Juni 2010. “Pengaruh Harmonisa terhadap Kinerja Transformator Arus”. Depok : Skripsi Departemen Teknik Elektro FT UI. [11] Tanoto. 2005. “Simulasi Actife Filter dan Sistem Kerja Rangkaian Dalam

Meredam Harmonisa pada Vacumm Casting Induction Furnace Dengan daya 9 kW, 13,8 kVA, 200v, 3 fasa, 50/60 Hz”. Surabaya : Skripsi Jurusan Teknik Elektro Universitas Kristen Petra.

[12] Rashid.Muhammad.1999. “Elektronika Daya Rangkaian, Devais, dan Aplikasinya Jilid 1. Jakarta : Prehallindo.

[13] Tarmizi.2010.”Pengaruh Harmonisa Terhadap Putra .KWH Metel Analog Banda Aceh.Jurnal. Universital Syah Kuala.

[14] Aditama.Indra.2013.”Perancangan Tapis Pasif (Singel Tuned Filter) Untuk Mereduksi Arus Harmonisa Akibat Pemakain Beban Non Linier Di

Transformator Pemakaian Sendiri PLTU Tarahan”.Bandar

Lampung.Skripsi.Universitas Lampung.

[15] “Komponen Kereta Rel Listrik” Diakses dari https://infokomrailfans17.wordpress.com/2011/06/26/sistem-penggerak-kereta-listrik/.html pada tanggal 7 Januari 2015