Analisis Filter Pasif Single Tuned Untuk Mengurangi Arus Harmonisa Pada Mixer

(1)

ANALISIS FILTER PASIF SINGLE TUNED UNTUK

MENGURANGI ARUS HARMONISA PADA MIXER

TESIS

OLEH:

PRISTISAL WIBOWO 107034012/TE

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

ANALISIS FILTER PASIF SINGLE TUNED UNTUK

MENGURANGI ARUS HARMONISA PADA MIXER

TESIS

Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknik Elektro Pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

OLEH:

PRISTISAL WIBOWO 107034012/TE

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(3)

Telah diuji pada Tanggal: 28 April 2014

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua : Prof. Dr. Ir. Usman Baafai Anggota : 1. Dr. Marwan Ramli, M.Si

2. Prof. Drs. Tulus, M.Si, Ph.D 3. Dr. Eng. Ariadi Hazmi

(4)

(5)

ABSTRAK

Peralatan rumah tangga merupakan beban non-linier yang menghasilkan harmonisa, termasuk juga mixer. Mixer merupakan peralatan elektronik yang bersifat beban non-linier sehingga menyebabkan arus harmonisa. Dari data pengukuran yang dilakukan, terdapat harmonisa pada Individual Harmonisa Distortion (IHDi) arus orde-3 pada mixer yang tidak sesuai standart IEC61000-3-2 Kelas D, untuk mengurangi harmonisa yang ditimbulkan oleh mixer digunakan Single Tuned Passive Filter. Hasil dari simulasi yang dilakukan sebelum dan sesudah pemasangan filter diperoleh IHDi orde ke-3 dari 55.30% menjadi 27.68% atau berkurang dari 0.4464 Ampere menjadi 0.2216 Ampere. Sedangkan faktor daya dapat diperbaiki dari 0,73 menjadi 0.94.

Kata Kunci : Mixer, Harmonisa, Individual Harmonic Distortion (IHDi), Passive Single-Tuned filter, Faktor Daya.

(6)

ABSTRACT

Household appliances is a non-liniear loads generate harmonics, as well as mixers. Mixer is an electronics device that is non-liniear loads, causing harmonic currents. From the measurementbdata is done, there are harmonics in the Individual Harmonic Distortion (IHDi)-3order flow in the mixer that is not according to standard IEC61000-3-2 Class D, to reduce harmonics generated by the mixer used Single Tuned Passive Filter. The results of the simulations carried out before and after the installation of the filter order obtained IHDi 3rd from 55.30% to 27.68% or be less than 0.4464 Ampere to 0.2216 Ampere. While the power factor can be improved from 0.73 into 0.94.

Keywords: Mixer, harmonics, Individual Harmonic Distortion (IHDi), Passive Single-Tuned Filter, power factor.

(7)

KATA PENGANTAR

Alhamdulillahi rabbil alamin, segala puji dan syukur penulis panjatkan atas kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya, Tidak lupa juga shalawat beriring salam kita berikan kepada junjungan kita Nabi Muhammad Shalallaahu’alaihi wasalam.

Alhamdulillah, pada akhirnya penulis dapat menyelesaikan proposal tesis untuk memenuhi syarat kurikulum Program Studi Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Medan dengan judul “ Analisis Filter Pasif Single Tuned Untuk Mengurangi Arus Harmonisa Pada Mixer”.

Kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai, Bapak Dr. Marwan Ramli, M.Si., Bapak Prof. Drs. Tulus, M.Si., dan Bapak Dr. Eng Ariadi Hamzi selaku komisi pembimbing penulis mengucapkan terima kasih untuk kesabaran, arahan dan masukan agar penulis menjadi lebih baik dan juga selalu menyempatkan waktu di berbagai kesibukan untuk membimbing serta memberi petunjuk dan saran yang sangat berharga bagi penulis agar penulisan proposal tesis ini baik adanya.

Kepada Bapak Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM & H, M.Sc (CTM), Sp.A (K) selaku Rektor USU dan Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku Dekan FT USU, Bapak Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU, Pengelola, Staf pengajar dan Staf sekretariat Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan selama mengikuti Program Magister Teknik Elektro.

Kepada Kepala laboraturium dan Staf PT. PLN Wilayah II Sumatera Utara penulis ucapkan terima kasih atas bantuan dalam pengambilan data pada penelitian yang penulis laksanakan pada Laboratorium tersebut.

Penulis juga menghaturkan terima kasih kepada Bapak, Mamak, Kakak, dan Adik. Drs.H. Dwi Anang Wibowo, M.Pd., Hj. Yusni, SH. Alfa Yolanda S.Pd., dr. Febry Utami. Atas kasih sayang yang tidak pernah putus, semangat, saran, kritik agar

(8)

penulis menjadi lebih baik. Serta rekan-rekan mahasiswa Magister Teknik Elektro USU yang telah memberikan semangat kepada penulis. Semoga Allah SWT memberikan kemuliaan yang setimpal kepada semua atas kebaikan-kebaikan yang diberikan dalam menyelesaikan Proposal Tesis ini.

Penulis sadar dalam penulisan proposal tesis ini tidak mustahil banyak terdapat kekurangan dikarenakan keterbatasan pengetahuan yang penulis miliki. Oleh karena itu penulis selalu menerima saran dan masukan yang membangun demi sempurnanya proposal tesis ini.

Akhirnya kepada Allah SWT penulis berserah diri, karena tak ada satu kesempurnaan pun di dunia ini kecuali milik-Nya.

Amin Ya Rabal alamin.

Medan, April 2014 Penulis

(9)

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

Saya yang bertanda tangan di bawah ini:

Nama : Pristisal Wibowo Jenis Kelamin : Laki-laki

Agama : Islam

Alamat : Jl. Merak No. 42 A, Kel. Mencirim, Kec. Binjai Timur, Kota Binjai.

1. Tamatan SD Negeri 023895, Binjai Tahun 1999

PENDIDIKAN:

2. Tamatan SMP Negeri 1, Binjai Tahun 2002

3. Tamatan SMK Telekomunikasi Shandy Putra, Medan Tahun 2005 4. Universitas Islam Sumatera Utara, Medan Tahun 2009

5. Universitas Sumatera Utara, Medan Tahun 2014

Demikian riwayat hidup ini saya buat dengan sebenarnya untuk dapat dipergunakan sebagaimana mestinya.

Medan, Juli 2014

(10)

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK... i

ABSTRACT... ii

KATA PENGANTAR ... iii

DAFTAR RIWAYAT HIDUP... ... v

DAFTAR ISI ... vi

DAFTAR TABEL... viii

DAFTAR GAMBAR...ix

BAB 1 PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 7

1.3 Tujuan Penelitian ... 8

1.4 Batasan Masalah ... 8

1.5 Manfaat ... 8

1.6 Sistematika Penulisan ... 9

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ... 10

2.1 Motor Induksi ... ... 10

2.1 Mixer ... ... 12

2.2.1. Diagram Mixer ... ... 13

2.3 Harmonisa ... ... 14

2.3.1. Perhitungan Harmonisa ... 15

2.3.2. Pengaruh dari Harmonisa ... 19

2.3.2. Mengurangi Pengaruh Harmonisa ... 19

2.4. Batasan Harmonisa... 20

2.5. Filter Pasif ... 24

2.6 Single Tuned Passive Filter ... 28 2.7 Prinsip Pereduksian Harmonisa dari Single Tuned Passive

(11)

Filter ... 31

2.8 Merancang Single Tuned Passive Filter ... 35

BAB 3 METODE PENELITIAN ... 38

3.1 Teknik Pengukuran Yang Dilakukan ... 38

3.2 Data Pengukuran... ... 40

3.3 Klasifikasi Arus Harmonisa Berdasarkan Standar IEC61000-3-2 Kelas D ... 41

3.4 Perhitungan Single Tuned Passive Filter... 43

3.5 Rangkaian Simulasi Sebelum Pemasangan Single Tuned Passive Filter... ... 46

3.6 Rangkaian Simulasi Setelah Pemasangan Single Tuned Passive Filter ... 50

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ... 52

4.1 Hasil Harmonisa Setelah Penggunaan Single Tuned Passive Filter ... ... 52

4.2 Penggunaan Passive Single Tuned Filter Untuk Mengurangi Arus Harmonisa ... ... 54

BAB 5 PENUTUP ... 59

5.1 Kesimpulan... ... 59

5.2 Saran... ... 59

DAFTAR PUSTAKA ... 60

(12)

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

1.1. IHDi yang Dibangkitkan Oleh Mixer... 4

2.1. Batasan Arus Harmonisa Untuk Peralatan Kelas A ... 21

2.2. Batasan Arus Harmonisa Untuk Peralatan Kelas B ... 22

2.3. Batasan Arus Harmonisa Untuk Peralatan Kelas C ... 23

2.4. Batasan Arus Harmonisa Untuk Peralatan Kelas D ... 23

2.5. Batasan Arus Harmonisa Untuk Kelas A dan Kelas D ... 24

3.1. Impedansi Kabel Saluran ... 39

3.2. Data Pengukuran Mixer ... 40

3.3. Data Pengukuran Harmonisa Arus ... 41

3.4. Klasifikasi Arus harmonisa Pengukuran Berdasarkan Standar IEC61000-3-2 Kelas D untuk mixer 110 watt ... 42

3.5. Data Hasil Simulasi Sebelum Pemasangan Filter ... 50

4.1. Data Hasil Simulasi Setelah Pemasangan Filter ... 54

4.2. Hasil Simulasi IHDi Sebelum dan Sesudah Pemasangan Single Tuned Passive Filter Dalam Satuan Ampere ... 55

(13)

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

2.1. Mixer ... 12

2.2. Single Line Diagram Mixer ... 13

2.3. Bentuk Gelombang Tegangan Dasar dan Harmonik ke-3 ... 14

2.4. Bentuk Gelombang Tegangan yang Terdistorsi Harmonik... 15

2.5. Rangkaian Filter Pasif Dalam Sistem ... 25

2.6. Jenis-Jenis Filter ... 26

2.7. Single Tuned Passive Filter... 28

2.8. Frekuensi Respon dan Sudut Fasa Single Tuned Passive Filter .. 30

2.9. Pemodelan Filter ... 33

2.10. Kompensasi Gelombang Filter ... 34

2.11. Segitiga Daya Untuk Menentukan Kebutuhan Daya Reaktif... 36

3.1. Rangkaian Simulasi Sebelum Pemasangan Filter ... 47

3.2. Data Hasil Simulasi MATLAB Sebelum Pemasangan Filter ... 48

3.3. Grafik Tegangan dan Arus Sebelum Pemasangan Filter ... 49

3.4. Spektrum Tegangan dan Arus Sebelum Pemasangan Filter ... 49

3.5. Rangkaian Simulasi Setelah Pemasangan Filter ... 51

4.1. Grafik Tegangan dan Arus Setelah Pemasangan Filter ... 52

(14)

4.3. Diagram Perbandingan Arus Harmonisa Sebelum dan Setelah Pemakaian Single Tuned Passive Filter ... 57

(15)

ABSTRAK

Kata Kunci : Mixer, Harmonisa, Individual Harmonic Distortion (IHDi), Passive Single-Tuned filter, Faktor Daya.

(16)

ABSTRACT

Keywords: Mixer, harmonics, Individual Harmonic Distortion (IHDi), Passive Single-Tuned Filter, power factor.

(17)

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Sitem kelistrikan berkembang begitu cepat. Semakin berkembangnya kelistrikan maka konsumsi daya semakin meningkat. Seperti halnya komputer, pendingin ruangan (AC), komputer, Lampu Hemat Energi (LHE), fluorescent lamp (lampu TL), Unterruptable Power Supplies (UPS), Baterry charger dan peralatan elektronik lainnya tidak bisa terlepas dari kebutuhan konsumsi daya listrik. Peralatan tersebut disebut dengan beban non linier yaitu beban yang memiliki bentuk gelombang non sinusoidal karena telah terdistorsi oleh arus harmonisa yang ditimbulkan oleh berbagai peralatan elektronik. Pada beban nonlinier (peralatan elektronik) terdapat penyearah yang mengkonversikan tegangan bolak balik ke tegangan searah untuk operasi komponen elektronik. Penyearah digunakan untuk memaksimalkan penggunaan daya aktif dan memudahkan dalam pengaturan beban pada peralatan tersebut [1].

Penggunaan beban non linier dapat menghasilkan harmonisa yang tinggi dan faktor daya yang rendah, sehingga dapat menambah pembebanan pada transformator distribusi, bahkan dapat mempengaruhi kinerja peralatan lain dengan sumber listrik tersebut. Masalah keberadaan harmonisa pada kualitas daya sudah ditetapkan batas yang diijinkan sesuai Standar Internasional yaitu IEC 61000-3-2.

(18)

Seperti halnya juga peralatan-peralatan listrik untuk beban rumah tangga, seperti: blender/juicer, mixer, microwave, kulkas, televisi, dan lain sebagainya. Tanpa disadari peralatan tersebut juga ikut menyumbang arus harmonisa. Peralatan-peralatan ini menggunakan penyearah berupa komponen semi-konduktor yang dirancang untuk menggunakan arus listrik secara hemat dan efisien karena arus listrik hanya dapat melalui komponen semi-konduktornya selama periode pengaturan yang telah ditentukan. Namun di sisi lain hal ini akan menyebabkan gangguan gelombang arus dan tegangan yang pada akhirnya akan kembali ke bagian lain sistem tenaga listrik. Fenomena ini akan menimbulkan gangguan beban non-linier satu fasa [2].

Penelitian difokuskan pada mixer. Sebuah peralatan rumah tangga yang bekerja menggunakan peralatan semi konduktor pada penyearah agar dapat mengatur kecepatan putaran (variabel putaran). Pada mixer terdapat motor induksi yang diatur oleh komponen elektronika, didalamya terdapat inverter, penyearah, dan peralatan lain yang bersifat beban non-linier sehinggga mnyebabkan arus harmonisa.

Pengukuran yang telah dilakukan pada mixer didapat hasil bahwa pada alat tersebut terdapat arus harmonisa yang tidak sesuai standart IEC 61000-3-2 hanya pada arus harmonisa orde ke-3. Sedangkan arus harmonisa orde ke-5, ke-7, ke-9, dan seterusnya masih dalam batas standart IEC 61000-3-2 yang telah ditentukan. Berbeda dengan peralatan rumah tangga lainnya, seperti pengukuran yang telah dilakukan terdahulu pada televisi yang hampir pada setiap orde harmonisanya didapati hasil diatas standart yang ditentukan. Karena sistem kerja televisi dengan mixer berbeda walaupun daya yang dikeluarkan tidak jauh berbeda.

(19)

Mixer menghasilkan arus harmonisa yang lebih tinggi pada orde ke-3, akan tetapi jika dilihat dari perkembangan arus usaha saat ini banyak usaha kecil dan menengah yang bergerak dibidang pembuatan makanan ringan seperti usaha pembuatan roti, kue-kue kering, maupun restoran menggunakan mixer sebagai alat pembantu untuk meringankan pekerjaan mereka. Penggunaan mixer pada skala besar tidak bisa dianggap remeh, mixer-mixer tersebut juga ikut menyumbang arus harmonisa yang kemudian berpengaruh pada pembebanan lebih pada transformator, pemanasan pada circuit breaker, faktor daya pada sistem lebih rendah, dan penggunaan energi listrik menjadi tidak efisien.

Salah satu upaya pengurangan harmonisa yakni dengan menggunakan filter. Dengan menggabungkan antara komponen R, L, dan C akan berbentuk filter yang disebut dengan filter pasif. Penggunaan filter pasif merupakan salah satu solusi yang tepat untuk mengurangi harmonik pada gelombang keluaran converter dari peralatan listrik. Salah satu filter yang umum digunakan adalah Single-Tuned Passive Filter. Single-Tuned Passive Filter adalah salah satu filter pasif yang paling umum digunakan karena harganya yang relatif murah dan instalasi yang mudah dan juga sesuai dengan karakteristik dari mixer.

Besar harmonisa yang dibangkitkan oleh beberapa merk mixer dapat dilihat pada Tabel 1.1. sebagai gambaran besar IHDI yang dihasilkan oleh mixer (lihat lampiran).

(20)

Tabel 1.1. IHDI yang dibangkitkan oleh mixer. Merk

Mixer

Daya

(Watt) Orde-3 Orde-5 Orde-7 Orde-9

Orde-11

Orde-13

Orde-15 THDi

Mixer A 78.4 61.30% 26.50% 3% 0.80% 0.60% 0.50% 1% 46.10%

Mixer B 76 72.10% 14.60% 2.80% 0.90% 0.40% 0.10% 0.10% 51.70%

Mixer C 120 14.20% 4.10% 0.40% 0.50% 0.30% 0.20% 0.20% 14.20%

Mixer D 106.8 63.90% 22% 2.30% 2% 0.90% 0.60% 1.10% 42.20%

Mixer E 110 55.80% 21.20% 6.20% 3.40% 1.90% 0.12% 0.10% 59.40%

Seperti yang ditunjukan Tabel 1.1. terlihat hasil pengukuran 5 merk mixer yang berbeda. Dari ke-5 merk mixer tersebut, mixer E memiliki THDi paling tinggi sebesar 59.40% sehingga IHDi yang dihasilkan mixer E jauh lebih besar dari standart IHDi IEC 610003-2 Kelas D. Data yang diperlihatkan mixer E pada harmonisa orde ke-3 55.8%, orde ke-5 21.2%, orde ke-7 6.2%, orde ke-9 3.4%, orde ke-11 1.9%, orde ke-13 0.12%, orde ke-15 0.1%. Atas dasar data ini nantinya akan digunakan dalam menentukan besarnya parameter filter pasif yang diperlukan untuk mereduksi harmonisa mixer E sehingga sesuai standar IEC61000-3-2 Kelas D.

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui berapa besar IHD dan faktor daya yang dihasilkan oleh alat rumah tangga tersebut, kemudian akan dilakukan perancangan filter pasif yang dapat mereduksi atau mengurangi harmonisa sekaligus memperbaiki faktor daya daya pada mixer. Pengukuran pada mixer ini dilakukan di laboraturium PT. PLN (Persero) Wilayah Sumatera.

(21)

Banyak metode yang telah dilakukan oleh peneliti sebelumnya dalam hal meredam harmonisa dan sekaligus memperbaiki faktor daya. Penelitian yang sudah dilakukan sebelumnya berkaitan mengenai filter untuk meredam hamonisa dengan berbagai teknologi dan diuraikan sebagai berikut ini:

1. G. W. Chang, S. Y. Chu, dan H. I. Wang pada tahun 2002 melalui jurnal IEEE pp 814-817, yang berjudul “A New Approach for Placement of Single Tuned Passive Harmonics Filters in a Power System” menggunakan metode simulasi program merancang besaran R, L, C untuk menentukan alogaritma pada filter pasif yang menghasilkan rancangan alogaritma untuk single tuned filter yang dapat menurunkan awal > 3% menjadi < 3% dan awal > 5% menjadi < 5% [3].

2. P. Mathan Mohan dan G. Amuthan pada tahun 2012 melalui jurnal IEEE pp 622-627, yang berjudul “Comparative Evaluation of Various Single Phase Harmonic filters for Non-linear load” menggunakan simulasi program MATLAB merancang Passive Power Filter (PPF), Shunt Active Power Filter (SAPF), dan Hybrid Active Power Filter (HAPF) yang menghasilkan penelitian THD pada PPF menjadi 11,84% dengan power factor 0,9123, THD pada SAPF menjadi 2,159% dengan power factor 0,9192, THD pada HAPF menjadi 1,641% dengan power factor 0,92 [4].

(22)

3. Young-Sik Cho dan Hanju Cha pada tahun 2011 melalui jurnal International Council on Electrical Engineering Vol 1, No 1, pp 7-13, yang berjudul “Single-Tuned Passive Harmonic Filter Design Considering Variances of Tuning And Quality Factor” menggunakan simulasi program merancang single tuned filter yang menghasilkan penelitian yang menunjukkan setelah pemakaian single-tuned filter THDi (harmonisa arus) yang terdapat pada harmonisa ke-5, 7, 11, dan 13 berkurang yaitu untuk harmonisa ke-5 dari 72.6% menjadi 7.9%, harmonisa ke-7 dari 61.8% menjadi 11.2%, harmonisa ke-11 dari 20.9% menjadi 4.5% dan harmonisa ke-13 dari 13.2% menjadi 2.9% [5].

4. Endi Sofyandi pada tahun 2010 dari jurnal Universitas Indonesia, yang berjudul “Perancangan Single-Tuned Filter Untuk Mereduksi Harmonik Arus Dengan Simulasi Program ETAP PowerStation 5.0.3” menggunakan simulasi program ETAP powerstation 5.0.3 merancang single tuned filter yang menghasilkan Pemasangan filter untuk setiap beban, sebagian besar beban mengalami penurunan THDi, beban TL 8 sebesar 50.71 %, beban TL 14 sebesar 45.51%, beban TL 14 sebesar 29.86%, beban TV sebesar 45.3%, dan beban PC sebesar 19.64%, sedangkan beban yang mengalami kenaikan THDi, beban AC sebesar 0.21% dan beban kulkas sebesar 5.57% [6].

(23)

5. J. A. Bonner, W. M. Hurst, R. G. Rocamaro, R. F. Dudley, M. R. Sharp, dan J. A. Twist dari jurnal IEEE Vol 10, No 1, pp 547-555, yang berjudul ”Selecting Ratings For Capacitors and Reactorss in Applications Involving Multiple Single-Tuned Filters” menggunakan simulasi program merancang single tuned filter yang menghasilkan rancangan metodhe untuk menentukan nilai besaran filter dengan menentukan parameter pada reaktor dan kapasitor [7].

Dari penelitian yang dilakukan tersebut, telah banyak dihasilkan teknologi sehingga banyak terdapat nilai yang sangat bervariasi dalam mengurangi harmonisa.

1.2. Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah di atas, maka perumusan masalah mengenai peredaman harmonisa dan perbaikan faktor daya dengan menggunakan Single-Tuned Passive Filter, yaitu:

a. Seberapa besar nilai IHDI yang dapat diredam oleh Single-Tuned Passive Filter.

b. Seberapa besar faktor daya yang dapat diperbaiki dengan penggunaan Single-Tuned Passive Filter.

c. Merancang simulasi Single-Tuned Passive Filter menggunakan MATLAB/Simulink.

(24)

d. Bagaimana hasil simulasi pemakaian Single-Tuned Passive Filter. e. Bagaimana perbandingan IHDI sebelum dan sesudah penggunaan

Single-Tuned Passive Filter tersebut terhadap standar IEC 61000-3-2.

1.3. Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah mensimulasikan Single-Tuned Passive Filter yang dapat digunakan untuk mereduksi arus harmonisa yang dihasilkan mixer dengan menggunakan MATLAB/Simulink. Perhitungan paramater pada Single-Tuned Passive Filter diharapkan dapat mereduksi IHDi harmonisa yang dihasilkan mixer, sehingga dapat memenuhi tingkat harmonisa sesuai dengan standar IEC 61000-3-2 Kelas D.

1.4. Batasan Masalah

Mengingat luasnya Permasalahan mengenai peredaman harmonisa dan perbaikan faktor daya dengan menggunakan Single-Tuned Passive Filter, maka permasalahan ini dibatasi hanya difokuskan pada masalah peredaman harmonisa dan perbaikan faktor daya pada mixer tersebut dengan menggunakan Single-Tuned Passive Filter.

1.5. Manfaat

Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini ialah dapat mengetahui besarnya arus harmonisa pada peralatan listrik rumah tangga, dalam hal ini dilakukan

(25)

pada mixer. Sehingga pengurangan harmonisa dapat dilakukan untuk mengoptimalkan kualitas daya yang lebih baik pada sistem.

1.6. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan sebagai berikut:

Bab 1: Berisikan pendahuluan yang terdiri dari latar belakang, perumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat penelitian dan sistematika penulisan.

Bab 2: Berisikan tinjauan pustaka berkaitan dengan sumber pembangkit harmonisa, pengaruh harmonisa, reduksi pengaruh harmonisa, batasan harmonisa, Single-Tuned Passive Filter, prinsip pereduksian harmonisa dari Single-Tuned Passive Filter, merancang Single-Tuned Passive Filter, dan faktor daya tanpa dan dengan kondisi harmonisa.

Bab 3: Berisikan metodologi penelitian yang terdiri dari teknik pengukuran yang dilakukan, diagram alir penelitian, data hasil pengukuran, klasifikasi arus harmonisa mixer berdasarkan standar IEC61000-3-2 kelas D, perhitungan R, L, dan C dari Tuned Passive Filter, rangkaian simulasi Single-Tuned Passive Filter.

Bab 4: Berisikan hasil dan pembahasan yang berkaitan dengan arus harmonisa setelah penggunaan Single-Tuned Passive Filter dan perbandingan arus harmonisa sebelum dan setelah penggunaan Single-Tuned Passive Filter. Bab 5: Berisikan kesimpulan dan saran.

(26)

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

Sistem distribusi dalam sitem tenaga listrik dikenal dua jenis beban, yaitu beban linier dan beban non-linier. Beban disebut linier apabila nilai arus dan bentuk gelombang tegangan keluaran berbanding secara linier. Hal ini berarti bahwa bentuk gelombang arus mengalir sebanding dengan impedansi dan perubahan tegangan. Sedangkan untuk beban non-linier, bentuk gelombang arus tidak sama dengan bentuk gelombang tegangan (mengalami distorsi). Arus yang ditarik oleh beban non-linier tidak sinusoidal tetapi periodik, artinya bentuk gelombang terlihat sama dari siklus yang satu ke siklus yang lain [1].

Beban non linier umumnya merupakan peralatan elektronik yang didalamnya banyak terdapat komponen semikonduktor seperti Switching Power Supplies, UPS, computer, printer, LHE, DC drive, AC drive, welding arc, battery charger, dan peralatan rumah tangga lainnya. Proses kerja peralatan atau beban non linier ini akan menghasilkan gangguan atau distorsi gelombang arus yang non sinusoidal [8]. Elektronika daya sebagai converter banyak digunakan pada sistem penyearah atau inverter untuk sistem penyedia energi listrik sesuai kebutuhan.

2.1. Motor Induksi

Motor listrik adalah mesin yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanis. Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya, jika kawat yang

(27)

membawa arus dibengkokan menjadi sebuah lingkaran/loop, maka kedua sisi loop yaitu pada sudut kanan medan magnet akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan. Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/torque untuk memutar kumparan.

Motor induksi termasuk bagian dari motor listrik arus bolak-balik (AC). Motor induksi banyak digunakan sebagai motor penggerak mekanik pada peralatan rumah tangga, perusahaan, maupun industri. Motor induksi satu fasa khususnya digunakan sebagai penggerak peralatan mekanik yang berkuran kecil tetapi membutuhkan starting torque yang besar tetapi mempunyai daya keluaran yang rendah.

Pada dasarnya, prinsip kerja motor induksi 1-fasa sama dengan motor induksi 2-fasa yang tidak simetris karena pada kumparan statornya dibuat dua kumparan (yaitu kumparan bantu dan kumparan utama) yang mempunyai perbedaan secara listrik dimana antara masing-masing kumparannya tidak mempunyai nilai impedansi yang sama dan umumnya motor bekerja dengan satu kumparan stator (kumparan utama). Khusus untuk motor kapasitor-start kapasitor-run, maka motor ini dapat dikatakan bekerja seperti halnya motor induksi 2-fasa yang simetris karena motor ini bekerja dengan kedua kumparannya (kumparan bantu dan kumparan utama) mulai dari start sampai saat running (jalan).

Motor induksi 1-fasa yang bekerja dengan satu kumparan stator pada saat running (jalan) dapat dikatakan bekerja bukan berdasarkan medan putar, tetapi bekerja berdasarkan gabungan medan maju dan medan mundur. Bila salah satu

(28)

medan tersebut dibuat lebih besar maka rotornya akan berputar mengikuti perputaran medan ini. Bentuk gambaran proses terjadinya medan maju dan medan mundur ini dapat dijelaskan dengan menggunakan teori perputaran medan ganda

2.2. Mixer

Mixer didesain untuk mempermudah pekerjaan rumah tangga terutama untuk mencampur bahan adonan kue, roti, dan sebagainya. Design mixer terbilang modern, memiliki beberapa komponen yang terangkai didalamnya untuk mendukung kinerja optimal dari sebuah mixer, ditunjukan pada Gambar 2.1. berikut:

Gambar 2.1. Mixer.

Seperti yang ditunjukan Gambar 2.1. Mixer adalah salah satu jenis peralatan rumah tangga modern yang digunakan untuk meringankan beban pekerjaan rumah tangga. Mixer berfungsi sebagai pengaduk atau pencampur/mixing bahan makanan untuk membuat adonan roti, kue, atau semacamnya. Mixer hanya digunakan sebagai peralatan rumah tangga tetapi tidak tertutup kemungkinan penggunaan mixer

(29)

pada skala besar sebagai industri rumah tangga dapat menghasilkan arus harmonisa yang dapat menyebabkan gangguan gelombang arus dan tegangan sehingga pada akhirnya akan kembali kebagian lain sistem tenaga listrik.

Prinsip kerja mixer ialah mengubah energi listrik menjadi energi mekanis dengan cara mengalirkan arus listrik menuju switch saklar pemilih kecepatan kemudian dialirkan kembali menuju motor penggerak.

Motor penggerak yang terdapat pada mixer termasuk dalam motor induksi rotor lilit/wound rotor induction motor.

2.2.1. Diagram mixer

Gambar 2.2. Single-Line diagram mixer.

Seperti yang diperlihatkan Gambar 2.2. Rangkaian kelistrikan salah satu merk mixer. Sumber listrik yang diperlukan untuk menjalankan rangkaian mixer ialah direntang tegangan antara 220 V sampai dengan 230 V pada frekuensi kerja 50 – 60 Hz. Sementara daya listrik yang akan diserap sebesar 170 Watt, rangkaiannya

(30)

dilengkapi dengan kapasitor dan resistor yang dipasang paralel berfungsi sebagai peredam frekuensi interferensi yang ditimbukan oleh motor mixer saat berputar. Pengaturan kecepatan mixer dilakukan dengan memindahkan posisi saklar pemilih kecepatan (SW) antara posisi 0 sampai posisi 3 yang berhubungan dengan dengan belitan pengatur kecepatan dan belitan bantu motor L1, L2, L3 yang terhubung seri menuju sikat kemudian masuk ke belitan rotor (LR).

2.3. Harmonisa

Harmonisa adalah gangguan yang terjadi dalam sitem distribusi tenaga listrik yang disebabkan adanya distorsi gelombang arus dan tegangan. Distorsi gelombang arus dan tegangan ini disebabkan adanya pembentukan gelombang-gelombang dengan frekuensi kelipatan bulat dari frekuensi fundamentalnya [9]. Terdistorsinya gelombang arus atau tegangan akibat adanya gelombang sinus kelipatan integer dari gelombang fundamental dan gelombang tersebut ditambahkan sehingga berakibat pada terdistorsinya bentuk gelombang fundamental menjadi tidak sinusoidal murni, seperti yang diperlihatkan Gambar 2.3.

(31)

Bila kedua gelombang tersebut dijumlahkan, maka bentuk gelombang yang dihasilkan adalah seperti Gambar 2.4., bentuk distorsi gelombang akan lebih kompleks lagi bila semua gelombang harmonik yang terjadi dijumlahkan dengan gelombang frekuensi dasar. Besar amplitude harmonik biasanya hanya beberapa persen dari amplitude gelombang dasar.

Gambar 2.4. Bentuk gelombang tegangan yang terdistorsi harmonik [6].

2.3.1. Perhitungan harmonisa

Harmonisa diproduksi oleh beberapa beban non linier atau alat yang mengakibatkan arus non sinusoidal. Untuk menentukan besar Total Harmonic Distortion (THD) dari perumusan analisa deret fourier untuk tegangan dan arus dalam fungsi waktu yaitu [10].

………..………..….(2.1)

(32)

Tegangan dan arus RMS dari gelombang sinusoidal yaitu nilai puncak gelombang dibagi dan secara deret fourier untuk tegangan dan arus yaitu [14].

………..……….(2.3)

……….…..……….(2.4)

Pada umumnya untuk mengukur besar harmonisa yang disebut dengan Total Harmonic Distortion (THD). Untuk THD tegangan dan arus didefenisikan sebagai nilai RMS harmonisa urutan diatas frekuensi fundamental dibagi dengan nilai RMS pada frekuensi fundamentalnya, dan tegangan dc nya diabaikan. Besar Total Harmonic Distortion (THD) untuk tegangan dan arus yaitu:

……..………… (2.5)

……..…………... (2.6)

(33)

Hubungan persamaan THD dengan arus RMS dari Persamaan (2.6) yaitu:

…..…………..…. (2.7)

Selanjutnya dari Persamaan (2.7) yaitu:

Sehingga arus RMS terhadap THDI yaitu:

……….……… (2.8)

Individual Harmonic Distortion (IHD) adalah perbandingan nilai RMS pada orde harmonisa terdistorsi terhadap nilai RMS pada frekuensi fundamental yaitu:

(34)

... …(2.9)

... ….(2.10)

Dimana:

Vh = Tegangan harmonisa pada orde terdistorsi

Ih = Arus harmonisa pada orde terdistorsi

Hubungan Persamaan IHD dengan arus RMS dari Persamaan (2.10) yaitu:

... ….(2.11)

... ….(2.12)

Selanjutnya dari Persamaan (2.11) yaitu:

... ….(2.13)

... ….(2.14)

Sehingga arus RMS terhadap IHDi yaitu:

(35)

2.3.2. Pengaruh dari harmonisa

Pada keadaan normal, arus beban setiap fasa dari beban linier yang seimbang pada frekuensi dasarnya akan saling menghapuskan sehingga arus netralnya menjadi nol. Sebaliknya beban non linier satu fasa akan menimbulkan harmonisa kelipatan tiga ganjil yang disebut triplen harmonisa (harmonisa ke 3, ke 9, ke 15 dan seterusnya) yang sering disebut zero sequence harmonisa.

Harmonisa ini dapat menghasilkan arus netral yang lebih tinggi dari arus fasa karena saling menjumlah di tiap fasanya. 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 dan demikian seterusnya).

Akibat yang ditimbulkan oleh arus urutan nol dari komponen harmonisa antara lain tingginya arus netral pada sistem tiga fasa empat kawat (sisi sekunder transformator) karena arus urutan nol (zero sequence) kawat netral 3 kali arus urutan nol masing-masing fasa [15].

2.3.3. Mengurangi pengaruh harmonisa

Filter harmonisa harus dilakukan untuk mengurangi dampak yang ditimbulkan terhadap sistem dan peralatan listrik. Banyak sekali cara yang digunakan untuk memperbaiki sistem khususnya meredam harmonisa yang sudah dikembangkan saat ini. Secara garis besar ada beberapa cara untuk meredam harmonisa yang di timbulkan oleh beban non linier yaitu diantaranya [12]:

(36)

a. Penggunaan filter pasif pada tempat yang tepat, terutama pada daerah yang dekat dengan sumber pembangkit harmonisa sehingga arus harmonisa terjerat di sumber dan mengurangi peyebaran arusnya. b. Penggunaan filter aktif.

c. Kombinasi filter aktif dan pasif.

d. Konverter dengan AC- reactor, dan lain-lain.

Sistem diatas mampu bertindak sebagai peredam harmonisa, dan juga dapat memperbaiki faktor daya yang rendah pada sistem. Jika perbaikan faktor daya langsung dipasang kapasitor terhadap sistem yang mengandung harmonisa, maka akan menyebabkan amplitudo pada harmonisa tertentu akan membesar, proses ini diakibatkan terjadinya resonansi antara kapasitor yang dipasang dengan reaktansi induktif sistem.

2.4. Batasan Harmonisa

Untuk mengurangi harmonisa pada suatu sistem secara umum tidaklah harus mengeliminasi semua harmonisa yang ada tapi cukup dengan mereduksi sebagian harmonisa tersebut sehingga nilainya dibawah standar yang diizinkan. Hal ini berkaitan dengan analisa secara teknis dan ekonomis dimana dalam mereduksi harmonisa secara teknik dibawah standar yang diizinkan sementara dari sisi ekonomis tidak membutuhkan biaya yang besar. Dalam hal ini standar yang digunakan sebagai batasan harmonisa adalah yang dikeluarkan oleh International Electrotechnical Commission (IEC) yang mengatur batasan harmonisa pada beban beban kecil satu

(37)

fasa ataupun tiga fasa. Untuk beban tersebut umumnya digunakan standar IEC61000-3-2. Hal ini disebabkan karena belum adanya standar baku yang dihasilkan oleh IEEE.

Pada standar IEC61000-3-2 beban beban kecil tersebut diklasifikasikan dalam kelas A, B, C, dan D, dimana masing masing kelas mempunyai batasan harmonisa yang berbeda beda yang dijelaskan sebagai berikut [16].

1. Kelas A

Kelas ini merupakan semua kategori beban termasuk didalamnya peralatan penggerak motor dan semua peralatan 3 fasa yang arusnya tidak lebih dari 16 ampere perfasanya. Semua peralatan yang tidak termasuk dalam 3 kelas yang lain dimasukkan dalam kategori kelas A. Batasan harmonisanya hanya didefinisikan untuk peralatan satu fasa (tegangan kerja 230V) dan tiga fasa (230/400V) dimana batasan arus harmonisanya seperti yang diperlihatkan Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas A.

Harmonisa ke-n Arus harmonisa maksimum yang diizinkan (A)

Harmonisa Ganjil

3 2,30

5 1,14

7 0,77

9 0,40

11 0,33

13 0,21

15≤n≤39 2,25/n

Harmonisa Genap

(38)

2. Kelas B

Kelas ini meliputi semua peralatan tool portable dimana batasan arus harmonisanya merupakan harga absolut maksimum dengan waktu kerja yang singkat dimana batasan arus harmonisanya diperlihatkan Tabel 2.2.

Tabel 2.2. Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas B.

Harmonisa ke-n Arus harmonisa maksimum yang diizinkan (A) Harmonisa Ganjil

3 3,45

5 1,71

7 1,155

9 0,60

11 0,495

13 0,315

15≤n≤39 3,375/n

Harmonisa Genap

2 1,62

4 0,645

6 0,45

8≤n≤40 2,76/n

3. Kelas C

Kelas C termasuk didalamnya semua peralatan penerangan dengan daya input aktifnya lebih besar 25 Watt. Batasan arusnya diekspresikan dalam bentuk

Tabel 2.1. (Lanjutan)

Harmonisa ke-n Arus harmonisa maksimum yang diizinkan (A)

4 0,43

6 0,30

(39)

persentase arus fundamental. Persentase arus maksimum yang diperbolehkan untuk masing masing harmonisa diperlihatkan Tabel 2.3.

Tabel 2.3. Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas C.

Harmonisa ke-n Arus harmonisa maksimum yang diizinkan (% fundamental)

2 2

3 30xPF rangkaian

5 10

7 7

9 5

11≤n≤39 3

4. Kelas D

Termasuk semua jenis peralatan yang dayanya dibawah 600 Watt khusus-nya personal komputer, monitor, TV. Batasan aruskhusus-nya diekspresikan dalam bentuk mA/W dan dibatasi pada harga absolut yang nilainya diperlihatkan oleh Tabel 2.4.

Tabel 2.4. Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas D.

Harmonisa ke-n

Arus harmonisa maksimum yang diizinkan (mA/W)

Arus harmonisa maksimum yang diizinkan

(A)

75 < P < 600W P > 600W

3 3,4 2,30

5 1,9 1,14

7 1,0 0,77

9 0,5 0,40

11 0,35 0,33

13 0,296 0,21

(40)

Seperti diketahui bahwa semua peralatan elektronik bekerja dengan sumber tegangan arus searah sehingga dalam operasinya dibutuhkan peralatan penyearah dan dihubungkan langsung ke sumber tegangan (stop kontak). Untuk penyearah yang distorsi gelombang arusnya cukup tinggi dan banyak dipakai secara bersamaan dimasukkan dalam kategori kelas D. Sementara untuk penyearah dengan arus yang terdistorsi dapat dimasukkan dalam kategori kelas A. Tabel 2.5. memperlihatkan batasan harmonisa untuk kelas A dan kelas D dan penyearah dengan daya 100 Watt.

Tabel 2.5. Batas arus harmonisa untuk kelas A dan kelas D.

Harmonisa ke-n Batas kelas A (A)

Batas kelas D (mA/W)

Batas kelas D untuk input 100 W (A)

3 2,30 3,4 0,34

5 1,14 1,9 0,19

7 0,77 1,0 0,10

9 0,40 0.5 0,05

11 0,33 0,35 0,035

13≤n≤39 0,15x15/n 3,85/n 0,386/n

2.5. 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 haromonisa yang tidak diinginkan dalam sistem tenaga. Filter pasif banyak digunakan untuk mengkompensasi kerugian daya reaktif akibat adanya harmonisa pada sistem instalasi. Rangkaian filter pasif terdiri dari komponen R, L, dan C. Komponen utama

(41)

yang terdapat pada filter pasif adalah kapasitor dan induktor seperti terlihat pada Gambar 2.5. Kapasitor dihubungkan seri atau paralel untuk memperoleh sebuah total rating tegangan dan kVAR yang diinginkan. Sedangkan induktor digunakan dalam rangkaian filter dirancang mampu menahan selubung frekuensi tinggi yaitu efek kulit (skin effect) [13]. Seperti yang terlihat pada Gambar 2.5.

Jaringan

Beban Non Linier

Filter Pasif

Gambar 2.5. Rangkaian filter pasif dalam sistem.

Terdapat dua jenis filter pasif yaitu filter seri dan filter paralel. Filter seri didesain untuk digunakan pada jaringan utama. Sementara filter pasif paralel hanya menapis arus harmonisa dan beberapa arus fundamental pada orde yang lebih kecil dari jaringan utama. Sehingga filter paralel lebih murah ketimbang filter seri pada tingkat efektifitas yang sama. Filter paralel juga memiliki kelebihan lain yaitu dapat mensuplai daya reaktif pada frekwensi fundamental. Dalam banyak aplikasi, paling umum digunakan filter paralel.

(42)

Beberapa jenis filter pasif yang umum beserta konfigurasi dan impedansinya. Single-tuned filter atau bandpass filter adalah yang paling umum digunakan. Dua buah Single-tuned filter akan memiliki karakteristik yang mirip dengan double bandpass filter, diperlihatkan Gambar 2.6. berikut:

C L R C L R C1 L1 R L2 R2 R1 C2

Band-Pass High-Pass Double Band-Pass Composite Gambar 2.6. Jenis-jenis filter pasif.

Seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.6. Tipe filter pasif yang paling umum digunakan adalah single-tuned filter (Band-pass). Filter umum ini biasa digunakan pada tegangan rendah. Rangkaian filter ini mempunyai impedansi yang rendah.

Prinsip kerja dari filter pasif yaitu dengan mengalirkan arus harmonisa orde tertentu dari sumber harmonisa (beban non linier) melalui jaringan filter. Untuk memaksa arus orde tertentu mengalir ke jaringan filter, maka harga kapasitor harus diatur sehingga terjadi resonansi pada jaringan. Saat terjadi resonansi, harga impedansi saluran akan minimum karena hanya tinggal komponen resisntasi saja.

(43)

Disamping dapat mengurangi harmonisa, Single-Tuned Passive Filter juga dapat memperbaiki power factor [13]. Kapasitor bank yang telah terpasang pada jaringan dapat difungsikan sebagai filter. Sehingga tinggal menambah resistor dan induktor.

Sebelum merancang suatu filter pasif, maka perlu diketahui besarnya kebutuhan daya reaktif pada sistem. Daya reaktif sistem ini diperlukan untuk menghitung besarnya nilai kapasitor yang diperlukan untuk memperbaiki sistem tersebut.

a. Untuk menghitung nilai kapasitif pada Filter Pasif :

………..….(2.16)

b. Untuk menghitung nilai induktif pada Filter Pasif :

………..….(2.17)

Keuntungan yang dapat diperoleh dari penggunaan filter pasif antara lain: a. Desain sederhana dan murah

b. Memilki keuntungan lain, dimana filter yang terhubung dengan beban, dapat juga difungsikan sebagai konpensator energi reaktif

Disamping keuntungan, filter pasif juga kekurangan seperti:

a. Impedansi sumber mempengaruhi karakteristik kompensasi filter b. Sensitif terhadap perubahan komponen LC dan variasi frekwensi pada

(44)

c. Dapat menyebabkan resonansi seri dan paralel dengan impedansi jaringan yang malah mengakibatkan penguatan harmonisa pada frekwensi tertentu.

2.6. Single-Tuned Passive Filter

Single-Tuned Passive Filter adalah filter yang terdiri dari komponen-komponen pasif R, L dan C terhubung seri, seperti pada Gambar 2.7. Single-Tuned Passive Filter akan mempunyai impedansi yang kecil pada frekuensi resonansi sehingga arus yang memiliki frekuensi yang sama dengan frekuensi resonansi akan dibelokkan melalui filter. Untuk mengatasi harmonisa di dalam sistem tenaga listrik industri yang paling banyak digunakan adalah Single-Tuned Passive Filter, seperti yang diperlihatkan Gambar 2.7.

(45)

Berdasarkan Gambar 2.7. besarnya impedansi Single-Tuned Passive Filter pada frekuensi fundamental adalah [5]:

……….……...………. (2.18) Pada frekuensi resonansi resonansi, Persamaan (2.18) menjadi:

………...…….…. (2.19) Jika frekuensi sudut saat resonansi adalah:

………...………...………. (2.20)

Impedansi filter dapat ditulis sebagai berikut:

…..………...…….….. (2.21)

………... (2.22)

Saat resonansi terjadi nilai reaktansi induktif dan reaktansi kapasitif sama besar, maka diperoleh impedansi Single-Tuned Passive Filter seperti pada Persamaan (2.23) adalah:

………….……...………...…… (2.23)

Pada Persamaan (2.23) menunjukkan bahwa pada frekuensi resonansi, impedansi Single-Tuned Passive Filter akan mempunyai impedansi yang sangat kecil, lebih kecil dari impedansi beban yaitu sama dengan tahanan induktor R, sehingga arus harmonisa yang mempunyai frekuensi yang sama dengan frekuensi resonansi

(46)

akan dialirkan atau dibelokkan melalui Single-Tuned Passive Filter dan tidak mengalir ke sistem. Frekuensi response dan sudut fasa dari Single-Tuned Passive Filter dimana dapat dilihat bahwa pada frekuensi harmonisa atau orde ke-5 dari harmonisa (fr = 250 Hz), impedansi Single-Tuned Passive Filter sangat kecil, seperti ditunjukan Gambar 2.8. (a) dan (b).

\ (a) Frekuansi respon Single-Tuned Passive Filter

(b) Sudut fasa fungsi orde harmonisa

Gambar 2.8. (a), (b). Frekuensi respon dan sudut fasa Single-Tuned Passive Filter [16].

(47)

Berdasarkan Gambar 2.8. Single-Tuned Passive Filter diharapkan dapat mengurangi IHD tegangan dan IHD arus sampai dengan 10-30%. Besarnya tahanan R dari induktor dapat ditetukan oleh faktor kualitas dari induktor. Faktor kualitas (Q) adalah kualitas listrik suatu induktor, secara matematis Q adalah perbandingan nilai reaktansi induktif atau reaktansi kapasitif pada frekuensi resonansi dengan tahanan R. Semakin besar nilai Q yang dipilih maka semakin kecil nilai R dan semakin bagus kualitas dari filter dimana energi yang dikonsumsi oleh filter akan semakin kecil, artinya rugi-rugi panas filter adalah kecil [17].

Pada frekuensi tuning:

……….………... (2.24)

Faktor kualitas:

…..……..……….………...… (2.25)

Berdasarkan Persamaan (2.25), tahanan resistor adalah:

….………... (2.26)

2.7. Prinsip Pereduksian Harmonisa dari Single-Tuned Passive Filter

Pada Frekuensi fr, Single-Tuned Passive Filter memiliki impedansi minimum sebesar nilai resistansi R dari induktor. Oleh karena itu, filter ini menyerap

(48)

semua arus harmonik yang dekat dengan frekuensi fr yang diinjeksikan, dengan distorsi tegangan harmonik yang rendah pada frekuensi ini. Pada prinsipnya, sebuah Single-Tuned Passive Filter untuk setiap harmonik yang akan dihilangkan. Filter-filter ini dihubungkan pada busbar dimana pengurangan tegangan harmonik ditentukan. Bersama-sama, filter-filter ini membentuk filter bank.

Ada dua parameter yang perlu dipertimbangkan dalam menentukan nilai R, L, dan C, yaitu:

1. Faktor kualitas (Quality factor, Q)

2. Penyimpangan frekuensi relative (Relative Frequency Deviation, δ)

Kualitas dari sebuah filter (Q) adalah ukuran ketajaman penyetelan filter tersebut dalam mengeliminasi harmonisa. Filter dengan Q tinggi disetel pada frekuensi rendah (misalnya harmonisa kelima), dan nilainya biasanya terletak antara 30 dan 100. Dalam Single-Tuned Passive Filter, faktor kualitas Q didefinisikan sebagai perbandingan antara induktansi atau kapasitansi pada frekuensi resonansi terhadap resistansi. Perkiraan nilai Q untuk reaktor inti udara/air core reactors adalah 75 dan lebih besar 75 untuk reaktor inti besi/iron-core reactors [10][17].

(49)

Gambar 2.9. Pemodelan filter [9].

Seperti yang ditunjukan Gambar 2.9. Passive Single-Tuned Filter yang diletakkan secara paralel akan men-short circuit-kan arus harmonisa yang ada dekat dengan sumber distorsi. Ini dilakukan untuk menjaga arus harmonisa yang masuk tidak keluar menuju peralatan lain dan sumber supply energi listrik. Passive Single-Tuned Filter yang merupakan hubungan seri komponen R, L, dan C memberikan keuntungan tersendiri bagi sistem tenaga listrik, disamping mampu mereduksi tigkat

harmonisa, penggunaan kapasitor dapat merperbaiki cos φ sistem, sehhingga naiklah

cos φ pada frekuensi fundamental. Apabila ada harmonisa pada suatu orde, Nilai Xc akan berubah 1/n nilai harmonisa tersebut sehingga berkurang nilai Xc. Nilai Xc disisipkan dengan nilai Xl sehingga Xc sama dengan Xl pada harmonisa maka akan menghasilkan impedansi yang sangat kecil.

(50)

Induktor (reaktor) berfungsi sebagai filter dan juga melindungi kapasitor dari over kapasitor akibat adanya resonansi. Sedangkan resistor berfungsi untuk menstabilkan arus agar tidak terjadi short-circuit pada rangkaian. Gelombang hasil pemfilteran dapat dilihat pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10. Kompensasi gelombang filter.

Seperti yang ditunjukan Gambar 2.10. gelombang hasil dari pemfilteran harmonisa dengan menggunakan bantuan simulasi MATLAB/Simulink, dimana gelombang harmonisa menjadi berkurang distorsinya. Hasil simulasi MATLAB/Simulink dapat menjelaskan proses eliminasi gelombang arus terdistorsi dimana distorsi gelombang arus yang terjadi akibat beban non linier seperti yang ditunjukkan pada gelombang warna biru. Setelah kapasitor dan induktor yang digunakan sebagai filter untuk memperbaiki gelombang warna biru dengan sinyal gelombang warna hijau, sehingga menghasilkan gelombang yang terperbaiki seperti yang ditunjukkan gelombang warna merah dengan tingkat distorsi gelombang

(51)

mendekati bentuk sinusoidal. Dengan demikian tingkat distorsi gelombang dapat diperbaiki oleh induktor dan kapasitor.

2.8. Merancang Passive Single-Tuned Filter

Merancang Single-Tuned Passive Filter yang terdiri dari hubungan seri komponen-komponen pasif induktor, kapasitor dan tahanan, adalah bagaimana menentukan besarnya komponen-komponen dari filter tersebut [6][9][5].

Langkah-langkah rancangan Single-Tuned Passive Filter adalah:

a. Tentukan ukuran kapasitas kapasitor Qc berdasarkan kebutuhan daya reaktif untuk perbaikan faktor daya. Daya reaktif kapasitor adalah: …...…….(2.27)

Dimana:

P = beban (kW)

pf1 = faktor daya mula-mula sebelum diperbaiki pf2 = faktor daya setelah diperbaiki

b. Tentukan Reaktansi kapasitor:

………..…………... (2.28)

c. Tentukan Kapasitansi dari kapasitor:

……… (2.29) }

(52)

d. Tentukan Reaktansi Induktif dari Induktor:

.………...………….. (2.30)

e. Tentukan Induktansi dari Induktor:

.………...……….. (2.31)

f. Tentukan reaktansi karakteristik dari filter pada orde tuning:

..….………...……… (2.32)

g. Tentukan Tahanan (R) dari Induktor:

.…….………...………… (2.33) Untuk menentukan kebutuhan daya reaktif dapat digambarkan dalam bentuk segitiga daya seperti Gambar 2.11.

Gambar 2.11. Segitiga daya untuk menentukan kebutuhan daya reaktif Q [18].

(53)

Seperti yang terlihat pada Gambar 2.11. Kebutuhan daya reaktif dapat dihitung dengan pemasangan kapasitor untuk memperbaiki faktor daya beban. Komponen daya aktif (P) umumnya konstan, daya semu (S) dan daya reaktif (Q) berubah sesuai dengan faktor daya beban.

Daya Reaktif (Q) = Daya Aktif (P) tan φ Dengan merujuk segitiga daya Gambar 2.11, maka

Daya Reaktif pada PF awal yaitu:

Q1 = P tan φ1 ... (2.34)

Daya Reaktif pada PF diperbaiki yaitu:

Q2 = P tan φ2 ... (2.35)

Sehingga rating kapasitor yang diperlukan untuk memperbaiki faktor daya yaitu: Daya reaktif

ΔQ= Q1 - Q2

Atau

ΔQ = P(tan 1- 2) ... (2.36)

Besar nilai ΔQ yang didapat, selanjutnya menentukan nilai reaktansi kapasitif yang besarnya ditentukan berdasarkan Persamaan (2.28) dan besar nilai kapasitansi kapasitor yang dibutuhkan untuk memperbaiki faktor daya pada Persamaan (2.29).

(54)

BAB 3

METODOLOGI PENELITIAN

Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode simulasi yang dimulai dari pengumpulan data kemudian melakukan pengukuran harmonisa, pemodelan filter, dan perhitungan parameter filter. Pengukuran dilakukan pada beberapa merek mixer yang ada di rumah tangga. Hasil pengukuran berupa nilai individual harmonisa tegangan (IHDv) dan individual harmonisa arus (IHDi). Filter yang digunakan berupa Single-Tuned Passive Filter, selanjutnya dilakukan perhitungan untuk menentukan parameter Single-Tuned Passive Filter yang akan digunakan. Dari data hasil pengukuran dan data hasil perhitungan selanjutnya pemodelan beban dan filter dan disimulasi dengan menggunakan program MATLAB/Simulink. Hasil yang diperoleh berupa nilai individual distorsi harmonisa arus (IHDi) setelah simulasi selanjutnya dibandingkan terhadap standar IEC61000-3-2 Kelas D.

3.1. Teknis Pengukuran Yang Dilakukan

Perancangan filter akan dilakukan setelah melakukan pengukuran pada mixer untuk mengetahui besar nilai harmonisa yang terkandung didalamnya. Pengukuran dan pengambilan data dilakukan pada laboraturium PLN wilayah sumut. Pengukuran dan pengambilan data dilakukan pada 5 merk mixer berbeda, yang selanjutnya disebut mixer A, mixer B, mixer C, mixer D, mixer E. Dengan objek

(55)

penelitian berupa tingkat individual distorsi harmonisa arus (IHDi) terbanyak yang melebihi standart IEC 61000-3-2 kelas D. Pengukuran menggunakan alat ukur Fluke 435 power Quality Analyzer. Data hasil pengukuran ditampilkan dalam bentuk daftar dan grafik secara langsung, dan data tersebut dapat disimpan di komputer. Parameter yang dapat diambil adalah komponen harmonisa tegangan, komponen harmonisa arus, faktor daya, daya aktif, daya reaktif dan daya semu. Dari pengukuran tersebut akan terlihat nilai setiap orde harmonisa dan daya yang terukur, terutama daya reaktif yang nantinya digunakan untuk data simulasi pada MATLAB/simulink, serta digunakan menghitung besar komponen yang harus digunakan sebagai kompensasi faktor daya sistem.

Data impedansi kabel menggunakan data kabel yang di pakai pada saat pengukuran dari sumber ke pengukuran mixer digunakan kabel jenis NYM 3 2,5 mm2 sepanjang 100 m sesuai ukuran penggunaan kabel pada saat melakukan pengukuran yang diperoleh dari standar kabel. Seperti yang ditunjukan Tabel 3.1.

Tabel 3.1. Impedansi kabel saluran

Jenis kabel

Luas penampang

(mm2)

Resistansi (r) ( /km)

Reaktansi (x) ( /km)

Impedansi kabel (z) ( )

(56)

3.2. Data Pengukuran

Berikut ini merupakan data yang akan diambil dari pengukuran beberapa merek mixer yang diukur melalui alat Fluke 435 power Quality Analyzer. Data-data tersebut seperti yang ditunjukan Tabel 3.2. sebagai berikut:

Tabel 3.2. Data Pengukuran Mixer

Parameter Satuan Merek Mixer

A B C D E

U (Phase Voltage) Volt 225.07 223.3 227.75 224.13 226.3

I (Phase Current) Ampere 0.45 0.46 0.55 0.68 0.75

S (Apparent Power) VA 98.8 93.5 125.8 119.6 126.5

P (Active Power) W 78.4 76 120 106.8 110

Q (Reactive Power) VAR 60.2 58.4 37.8 53.9 58.5

PF (Power Factor) - 0.79 0.78 0.95 0.89 0.75

Cos Phi - 0.82 0.91 0.96 0.91 0.86

THDv % 2.3 2.3 2.1 2.2 1.7

THDi % 46.1 51.7 14.2 42.2 59.4

Freq Hz 50.06 50.02 50.04 50.17 50.01

Seperti yang ditunjukan Tabel 3.2 dapat dilihat data pengukuran yang telah dilakukan. Tulisan berwarna merah pada mixer E menunjukan bahwa data tersebut adalah data mixer yang terburuk, data tersebut akan digunakan untuk menghitung nilai simulasi parameter Single-Tuned Passive Filter.

(57)

Data hasil pengukuran individual distorsi harmonisa arus (IHDi) dari setiap orde harmonisa yang telah dirubah menjadi ampere. Orde harmonisa yang ditampilkan adalah orde harmonisa dari orde ke-1 sampai dengan orde ke-15 dengan nilai yang berbeda untuk setiap harmonisa. Jika dibandingkan dengan standar IEC61000-3-2 Kelas D, maka ada orde harmonisa arus (IHDi) mixer hasil pengukuran yang tidak sesuai dengan standar. Terutama untuk mixer E, orde harmonisa arus (IHDi) yang tidak sesuai standar terlihat pada harmonisa orde ke-3. Seperti yang diperlihatkan Tabel 3.3. berikut:

Tabel 3.3. Data pengukuran harmonisa arus

3.3. Klasifikasi Arus Harmonisa Mixer Berdasarkan Standar IEC61000-3-2 Kelas D

Sebelum merancang Single-Tuned Passive Filter haruslah diketahui orde arus harmonisa mana dari hasil pengukuran mixer yang tidak sesuai standar. Oleh

Mixer Daya

(Watt)

Individual harmonisa distortion (IHDi) (Ampere)

A 78.4 0.27585 0.11925 0.0135 0.0036 0.0027 0.00225 0.00045 B 76 _0.33166 _0.06716 _0.01288 _0.00414 _0.00184 _0.00046 _0.00046 C 120 0.07867 0.022715 0.002216 0.00277 0.00166 0.001108 0.001108 D 106 0.43452 0.1496 0.01564 0.0136 0.00612 0.00408 0.00748

(58)

karena data hasil pengukuran yang diperoleh, mixer E menunjukan orde harmonisa yang tidak sesuai standar IEC61000-3-2 Kelas D. Pada Tabel 3.4 dapat dilihat klasifikasi arus harmonisa hasil pengukuran berdasarkan standar IEC61000-3-2 Kelas D untuk mixer E, dimana arus harmonisa dari orde ke-3 sampai dengan orde ke-15 dibandingkan terhadap standar IEC61000-3-2 Kelas D dan diperoleh bahwa terdapat harmonisa orde ke-3 yang tidak sesuai standar IEC61000-3-2.Seperti yang ditunjukan Tabel 3.4. berikut:

Tabel 3.4. Klasifikasi arus harmonisa pengukuran berdasarkan standar IEC61000-3-2 kelas D untuk mixer 110 watt

Harmonisa ke-n

Batasan arus harmonisa standar IEC61000-3-2

(mixer 110 watt)

Arus harmonisa hasil pengukuran

(Ampere)

Keterangan (mA/W) (Ampere)

3 3.4 0.374 0.4185 Tidak sesuai standart

5 1.9 0.209 0.159 Sesuai standar

7 1 0.11 0.0465 Sesuai standar

9 0.5 0.055 0.0255 Sesuai standar

11 0.35 0.0385 0.01425 Sesuai standar

13 0.296 0.03256 0.0009 Sesuai standar

15 0.257 0.02827 0.00075 Sesuai standar

Pada Tabel 3.4. dapat dilihat orde harmonisa arus yang tidak sesuai standart terdapat pada harmonisa orde ke-3 dengan selisih 0.0445 ampere. Sedangkan pada orde harmonisa lainnya sesuai dengan standart IEC6100-3-2 Kelas D.

(59)

3.4. Perhitungan Passive Single-Tuned Filter

Dalam menentukan besarnya parameter Single-Tuned Passive Filter yang dibutuhkan terlebih dahulu ialah nilai selisih dari orde harmonisa arus yang tidak sesuai standar IEC61000-3-2 Kelas D pada mixer E. Dari Tabel 3.4. diperoleh orde harmonisa ke-3 tidak sesuai dengan standart IEC61000-3-2, oleh karena itu Single-Tuned Passive Filter yang digunakan adalah Single-Single-Tuned Passive Filter untuk harmonisa ke-3. Untuk menentukan kapasitor (C), induktor (L) dan resistor (R) dari Single-Tuned Passive Filter digunakan Persamaan (2.27) sampai dengan Persamaan (2.33), dan nilai dasar perhitungan diperoleh dari data hasil pengukuran untuk mixer E yang dapat dilihat pada Tabel 3.2.

Data Pengukuran mixer E untuk harmonisa orde ke-3 adalah sebagai berikut:

Tegangan RMS pengukuran (V) = 226.3 Volt Arus RMS pengukuran (I) = 0.75 Ampere Daya Aktif (P) = 110 Watt

Daya Reaktif (Q) = 58.5 VAR Faktor Daya (pf1) = 0.75 Frekuensi = 50.01 Hz

Diasumsikan bahwa faktor daya diperbaiki (pf2) menjadi 0.95. Untuk menghitung kapasitas kapasitor yang dibutuhkan dihitung menggunakan Persamaan (2.27) yaitu:

(60)

Oleh karena selisih hasil pengukuran terhadap standar adalah pada orde-3 yaitu sebesar 0.0724 ampere, maka Single-Tuned Passive Filter yang digunakan adalah untuk orde harmonisa ke-3. Dengan menggunakan Persamaan (2.28) dan Persamaan (2.29), besar reaktansi kapasitif dan kapasitansi dari Single-Tuned Passive Filter orde-3 adalah:

(61)

Dengan menggunakan Persamaan (2.30) dan Persamaan (2.31), besar reaktansi induktif dan induktansi dari Single-Tuned Passive Filter orde-3 adalah:

Dengan mengasumsikan faktor kualitas Single-Tuned Passive Filter (Q) = 100, maka dengan menggunakan Persamaan (2.33), besar resistor Single-Tuned Passive Filter orde-3 adalah:

Dari perhitungan diatas diperoleh parameter Single-Tuned Passive Filter adalah C =

(62)

3.5. Rangkaian Simulasi Sebelum Pemasangan Single-Tuned Passive Filter.

Untuk membuat rangkaian simulasi sebelum pemasangan Single-Tuned Passive Filter digunakan hasil pengukuran dan perhitungan berupa tegangan, nilai setiap orde arus harmonisa (IHDi), kapasitansi, induktansi dan resistansi filter. Rangkaian ini selanjutnya disimulasi dengan menggunakan program MATLAB/Simulink, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 3.1.

Untuk membuat rangkaian simulasi pada program MATLAB/Simulink, ada beberapa hal yang harus dilakukan yaitu:

1. Klik AC Voltage Source kemudian masukkan nilai tegangan Vs = 226.3 Volt dan frekuensi 50 Hz.

2. Klik AC Current Source, kemudian masukkan nilai arus Ih (h= 1, 3, 5, 7, 9,…, 15) dengan frekuensi tergantung yang diperoleh dari hasil pengukuran pada Tabel 3.4.

3. Klik Series RLC Branch3, pilih sebuah kapasitor kemudian masukkan nilai C = 3.78 μF.

4. Klik Series RLC Branch3, pilih sebuah induktor kemudian masukkan nilai L = 0.29 H.

5. Klik Series RLC Branch3, pilih sebuah resistor kemudian masukkan nilai R = 2.8 Ω.

6. Pilih Current Measurement untuk mengukur arus. 7. Pilih Voltage Measurement untuk mengukur tegangan.

(63)

8. Pilih Block Display untuk menampilkan besarnya THD. 9. Pilih Scope untuk menampilkan gelombang arus dan tegangan.

10. Block Power GUI untuk memandu pemakai berkomunikasi dengan system simulasi.

Rangkaian simulasi sebelum menggunakan program MATLAB/simulink seperti yang diper;ihatkan pada Gambar 3.1. berikut:

Gambar 3.1. Rangkaian simulasi sebelum pemasangan filter

Rangkaian simulasi pada Gambar 3.1. disimulasikan menggunakan program MATLAB/Simulink. Rangkaian simulasi tersebut terdiri dari individual distorsi harmonisa arus (IHDi) orde ke-3 sampai dengan orde ke-15. Data-data pada hasil simulasi harus disesuaikan dengan data hasil pengukuran yang telah dilakukan pada mixer E, seperti yang ditunjukan Gambar 3.2. berikut:

(64)

Gambar 3.2. Data hasil simulasi MATLAB sebelum pemasangan filter

Bentuk gelombang arus dan tegangan diperoleh dari Block Power GUI bagian Fast Fourier Transforsm (FFT) Analysis. Hasil simulasi dari rangkaian Gambar 3.1. diperoleh grafik keluaran arus dan tegangan seperti gambar 3.3. berikut:

(65)

(b) Grafik arus

Gambar 3.3. Grafik tegangan dan arus sebelum pemasangan filter

Spektrum harmonisa dari gelombang arus dan tegangan input dari Gambar 3.1. ditunjukan oleh Gambar 3.4. berikut:

(a) Spektrum tegangan

(b) Spektrum arus

(66)

Dari hasil simulasi dan spektrum harmonisa arus input penyearah diperoleh arus harmonisa orde ke-3, 5, 7, 9, 11, 13, dan 15 dalam besaran maksimum. Nilai tersebut dibandingkan dengan standar IEC61000-3-2 kelas D sehingga diperoleh Tabel 3.5. berikut:

Tabel 3.5. Data hasil simulasi sebelum pemasangan filter

Parameter Satuan Data Hasil Simulasi

V (Phase Voltage) Volt 227.06 I (Phase Current) Ampere 0.66

Cos phi - 0.73

THDv % 1.83

THDi % 59.58

Freq Hz 50

Orde-1 % 100

Orde-3 % 55.3

Orde-5 % 20.96

Orde-7 % 6.12

Orde-9 % 3.35

Orde-11 % 1.87

Orde-13 % 0.12

Orde-15 % 0.1

3.6. Rangkaian Simulasi Setelah Pemasangan Single-Tuned Passive Filter

Rangkaian simulasi Single-Tuned Passive Filter pada Gambar 3.5. disimulasikan menggunakan program MATLAB/Simulink. Rangkaian simulasi tersebut terdiri dari satu buah Single-Tuned Passive Filter, sebuah resistor dan

(67)

individual distorsi harmonisa arus (IHDi) orde ke-3 sampai dengan orde ke-15. Single-Tuned Passive Filter terdiri dari sebuah kapasitor, induktor, dan resistor yang terhubung secara seri dan nilainya telah diperhitungkan sebelumnya. Single-Tuned Passive Filter dihubungkan secara paralel terhadap sistem. Sumber arus mewakili nilai arus harmonisa dari orde ke-3 sampai orde ke-15. Bentuk gelombang arus dan tegangan diperoleh dari Block Power GUI bagian Fast Fourier Transform (FFT) Analysis. Seperti yang diperlihatkan pada Gambar 3.5. berikut:

(68)

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil Harmonisa Setelah Penggunaan Passive Single-Tuned Filter

Hasil simulasi dari rangkaian Gambar 3.5. diperoleh grafik keluaran arus dan tegangan seperti gambar 4.1. berikut:

(a) Grafik tegangan

(b) Grafik arus

(69)

Spektrum harmonisa dari gelombang arus dan tegangan input dari Gambar 3.5. ,ditunjukan oleh Gambar 4.2. berikut:

(a) Spektrum tegangan

(b) Spektrum arus

Gambar 4.2. Spektrum tegangan dan arus setelah pemasangan filter

Dari hasil simulasi dan spektrum harmonisa arus input penyearah diperoleh arus harmonisa orde ke-3, 5, 7, 9, 11, 13, dan 15 dalam besaran maksimum.

(70)

Nilai tersebut dibandingkan dengan standar IEC61000-3-2 kelas D sehingga diperoleh Tabel 4.1:

Tabel 4.1. Data hasil simulasi setelah pemasangan filter

Parameter Satuan Data Hasil Simulasi

Cos phi - 0.94

THDv % 1.85

THDi % 13.56

Freq Hz 50

Orde-1 % 100

Orde-3 % 12.59

Orde-5 % 4.77

Orde-7 % 1.39

Orde-9 % 0.76

Orde-11 % 0.42

Orde-13 % 0.03

Orde-15 % 0.02

4.2. Penggunaan Single-Tuned Passive Filter Untuk Mengurangi Arus Harmonisa

Pada simulasi penggunaan filter Single-Tuned Passive Filter untuk beban mixer dengan data simulasi disesuaikan dengan data pengukuran. Diperoleh bahwa dengan menggunakan filter Single-Tuned Passive Filter maka IHDi pada harmonisa orde-3 sebelum pemakaian filter 55.30% dapat diturunkan menjadi 12.59%. Data

(71)

Individual harmonisa arus yang diperlihatkan hasil dari simulasi MATLAB/Simulink pada Tabel 4.1, dikonversikan dari satuan persen menjadi satuan ampere. Data ini kemudian dibandingkan dengan standar IEC61000-3-2 Kelas D. Arus harmonisa mixer E pada orde-3 sebelum pemakaian filter diketahui tidak memenuhi standart, setelah pemakaian Single-Tuned Passive Filter harmonisa orde-3 memenuhi standart IEC61000-3-2 kelas D. Seperti yang ditunjukan pada Tabel 4.2. berikut:

Tabel 4.2. Hasil simulasi IHDi sebelum dan sesudah pemasangan Single-Tuned Passive Filter dalam satuan ampere

Orde Harmonisa Batasan arus harmonisa standar IEC 61000-3-2 kelas D (110

Watt) (Ampere) Arus harmonisa sebelum Pemakaian Single-Tuned Passive Filter (Ampere) Arus harmonisa setelah Pemakaian Single-Tuned Passive Filter (Ampere) Keterangan

Orde-3 0.374 0.4185 0.0945 Sesuai

Orde-5 0.209 0.159 0.035775 Sesuai

Orde-7 0.11 0.0465 0.0105 Sesuai

Orde-9 0.055 0.0255 0.0057 Sesuai

Orde-11 0.0385 0.01425 0.00315 Sesuai

Orde-13 0.03256 0.0009 0.000225 Sesuai

Orde-15 0.002827 0.00075 0.00015 Sesuai

Pada Tabel 4.2. dapat dilihat bahwa Single-Tuned Passive Filter dapat menurunkan arus harmonisa pada orde-3, harmonisa yang tidak sesuai standar IEC61000-3-2 Kelas D. Setelah penggunaan Single-Tuned Passive Filter diperoleh

(72)

bahwa nilai arus harmonisa orde ke-3 berkurang dari 0.4185 Ampere menjadi 0.0945 Ampere, arus harmonisa orde ke-5 berkurang dari 0.159 Ampere menjadi 0.035775 Ampere, arus harmonisa orde ke-7 berkurang dari 0.0465 Ampere menjadi 0.0105 Ampere, arus harmonisa orde ke-9 berkurang dari 0.0255 Ampere menjadi 0.0057 Ampere, arus harmonisa orde ke-11 berkurang dari 0.01425 Ampere menjadi 0.00315 Ampere, arus harmonisa orde ke-13 berkurang dari 0.0009 Ampere menjadi 0.000225 Ampere, arus harmonisa orde ke-15 berkurang dari 0.00075 Ampere menjadi 0.00015 Ampere.

Individual harmonisa distortion arus pada orde-3 lebih mengalami pereduksian arus paling besar. Hal ini dikarenakan bahwa pada frekuensi resonansi, impedansi orde-3 Single-Tuned Passive Filter akan mempunyai impedansi yang sangat kecil, lebih kecil dari impedansi beban pada sistem, sehingga arus harmonisa yang mempunyai frekuensi yang sama dengan frekuensi resonansi akan dialirkan atau dibelokkan melalui Single-Tuned Passive Filter dan tidak mengalir kembali menuju sistem.

Tidak hanya fokus masalah pada arus harmonisa orde-3 saja yang dapat diturunkan arusnya oleh pemakaian Single-Tuned Passive Filter agar dapat memenuhi standar IEC61000-3-2 Kelas D, akan tetapi pemakaian Single-Tuned Passive Filter juga memberikan dampak penurunan arus harmonisa pada orde harmonisa lainnya. Pada Tabel 4.2. menunjukkan bahwa Single-Tuned Passive Filter dapat digunakan untuk mereduksi harmonisa arus yang dihasilkan, terutama pada pokok masalah harmonisa orde-3 yang dihasilkan oleh mixer.

(73)

Pada Gambar 4.5. ditunjukan bahwa diagram perbandingan arus harmonisa (IHDi) sebelum dan setelah pemakaian Single-Tuned Passive Filter, sebagai berikut:

Gambar 4.5. Diagram perbandingan arus harmonisa sebelum dan setelah pemakaian Single-Tuned Passive Filter

Pada Gambar 4.5. Terlihat perbandingan arus harmonisa hasil pengukuran terhadap arus harmonisa hasil simulasi dari orde ke-3 sampai orde ke-15. Standart IEC61000-3-2 Kelas D untuk daya mixer 110 watt ditunjukan diagram berwarna biru,

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Orde-1 Orde-3 Orde-5 Orde-7 Orde-9 Orde-11 Orde-13 Orde-15

Standar IEC61000-3-2 Kelas D (mixer 110 Watt) Sebelum pemakaian Single-Tuned Passive Filter Setelah Pemakaian Single-Tuned Passive Filter

(74)

arus harmonisa hasil pengukuran ditunjukkan oleh diagram berwarna merah, dan arus harmonisa hasil simulasi ditunjukkan oleh diagram warna kuning. Pada Gambar 4.5., ditunjukan bahwa arus harmonisa setelah pemakaian Single-Tuned Passive Filter lebih kecil dibandingkan tidak menggunakan filter. Hal ini menunjukkan Single-Tuned Passive Filter telah dapat mereduksi arus harmonisa pada mixer.

(75)

BAB 5 PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Sesuai dengan rumusan masalah dan tujuan dari penelitian, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:

1. Setelah penggunaan Single-Tuned Passive Filter diperoleh bahwa nilai arus harmonisa orde ke-3 dari 55.30% menjadi 27.68% atau berkurang dari 0.4185 ampere menjadi 0.0945 ampere. Sesuai dengan standar yang ditetapkan IEC 61000-3-2 kelas D.

2. Single-Tuned Passive Filter berhasil memperbaiki Cos phi dari 0.73 menjadi cos phi 0.94.

5.2. Saran

Adapun saran yang dapat diberikan yaitu untuk penelitian selanjutnya dapat dilakukan pereduksian harmonisa mixer dengan menggunakan jenis filter yang lainnya. Disarankan pula untuk peneliti selanjutnya melakukan analisa penggunaan filter untuk beban non linier lainnya.

(76)

DAFTAR PUSTAKA

[1]. Setiawan, Awan, Kajian Pengaruh Harmonisa Terhadap Sistem tenaga Listrik, Jurnal ELTEK, vol. 05, no. 02, pp. 22-31, Oktober 2007.

[2]. Harun, Rasyid, Kajian penggunaan filter pasif sebagai pereduksi efek harmonisa, Jurnal ELTEK, vol. 04, no. 02, pp. 46-53, Oktober 2006. [3]. Chang, G.W, S.Y. Chu, and H.L. Wang, A New Approach for Placement of

Single-Tuned Passive Harmonic Filter in a Power System, IEEE, pp. 814-817, 2002..

[4]. Mohan, P. Mathan, G. amuyhan, Comparative Evaluation of Various Single Phase Harmonics Filter for Non-Linier Load, IEEE-ICAESM, India, 2012.

[5]. Cho, Young-Sik and Hanju Cha, Single-tuned Passive Harmonic Filter Design Considering Variances of Tuning and Quality Factor, Journal of International Council on Electrical Engineering Vol. 1, No. 1, pp. 7-13, 2011.

[6]. Endy, Sopyandi, Perancangan single-tuned filter untuk mereduksi arus dengan simulasi program ETAP Powerstation 5.0.3, Electrical Engineering Department, University of Indonesia, 2010.

[7]. Bonner, J.A, W.M. Hurst, R.G. Rocamaro, R.F. Dudley, M.R. Sharp, J.A. Twiss, Selecting Ratings for Capacitors and Reactors in Applications Involving Multiple Single-Tuned Filters, IEEE, Vol. 10, No. 1, pp. 547-555, 1995.

[8]. Kim, Jong-Gyeum, Young-jeen Park, Dong-Ju Lee, Harmonic Analysis of Reactor an Capacitor in Single-Tuned Harmonic Filter Application, Jornal of Electrical Engineering & Technology, vol. 6, no. 2, pp. 239-244, 2011

[9]. Rizkytama, Ardian, Perencanaan High Pass dan Single Tuned Filter Sebagai Filter Harmonisa Pada Sistem Kelistrikan Tabang Coal Upgrading Plant (TCUP) Kalimantan Timur, Proceedings Institut Teknologi Sepuluh November, Surabaya, 2011.

(77)

[10]. Grady Mack, Understanding Power System Harmonic, University of Texas at Austin, 2005.

[11]. Ibrahim, M.A, H. Kuntman, and O. Cicekoglu, New Second Order Low-Pass, High-Pass, and Band-Pass Filters Employing Minimum Number of Active and Passive Elements, IEEE, pp. 557-560, 2003.

[12]. Das Amec J. C, Power System Analysis Short-Circuit Load Flow and Harmonisas Inc.Atlanta, ISBN: 0-8247-0737-0, 2002.

[13]. Suyono, Sutejo, Zaenal A., Andras A., Sigit P., Filter Pasif Untuk Mereduksi dan Memanfaatkan Harmonisa ke-5 dan ke-7 Pada Baban Konverter 6 Pulsa Sebagai Sumber Energi Dengan Menggunakan Full Bridge DC-DC Converter dan Inverter, Electronics Engineering Polytechnic Institute of Surabaya (EEPIS), pp. 57-63, November, 2010.

[14]. Arrillaga, Jos, Smith, Bruce C., Watson, Neville R., Wood, Alan R., Power System Harmonics Analysis, Hand book, University of Canterbury, Christchurch, New Zealand, November 2000.

[15]. Dugan, Roger C., McGranaghan, Mark F., Beaty, H. Wayne, Santoso, Surya., Electrical Power system Quality, Hand book, McGraw-Hill Companies, 2004.

[16]. Rosa, Francisco De La, Harmonic and Power System, by Taylor & Francisco Group LLC, New York, 2006.

[17]. Wakileh G.J., Power System Harmonics: Fundamental, Analysis and Filter Design, Springer Velag Press, 2001.

[18]. D.A. Gonzales and J.C. McCall, Design of Filter to Reduce Harmonic Distortion in Industrial Power System, IEEE Trans Ind. Application, Vol 1A-23, pp. 504-511, May/June 1987.

(78)

Lampiran 1. Data Pengukuran Mixer

1. Hasil pengukuran mixer A

(a).Tegangan pengukuran mixer A. (b). Arus pengukuran mixer A.

(c). Spektrum pengukuran mixer A. (d). Tabel pengukuran mixer A. Gambar 1. Data pengukuran mixer A.

(79)

2. Hasil pengukuran mixer B.

(a).Tegangan pengukuran mixer B. (b). Arus pengukuran mixer B.

(c). Spektrum pengukuran mixer B. (d). Tabel pengukuran mixer B. Gambar 2. Data pengukuran mixer B.

(80)

3. Hasil pengukuran mixer C.

(a).Tegangan pengukuran mixer C. (b). Arus pengukuran mixer C.

(c). Spektrum pengukuran mixer C. (d). Tabel pengukuran mixer C. Gambar 3. Data pengukuran mixer C.

(81)

4. Hasil pengukuran mixer D.

(a).Tegangan pengukuran mixer D. (b). Arus pengukuran mixer D.

(c). Spektrum pengukuran mixer D. (d). Tabel pengukuran mixer D. Gambar 4. Data pengukuran mixer D

(82)

5. Hasil pengukuran mixer E.

(

(a). Tegangan dan arus hasil pengukuran mixer E.

(b). Spektrum pengukuran mixer E. Gambar 5. Data pengukuran mixer E.