Mereduksi Harmonisa Pada Peralatan X-Ray Mobile 100 mA dengan menggunakan Filter Pasif (Single Tuned and Double Tuned Passive Filter)

(1)

MEREDUKSI HARMONISA PADA PERALATAN X-RAY

MOBILE 100mA DENGAN MENGGUNAKAN

FILTER PASIF (SINGLE TUNED AND DOUBLE TUNED PASSIVE FILTER)

TESIS

OLEH

PARTAONAN HARAHAP 117034016/TE

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

(2)

MEREDUKSI HARMONISA PADA PERALATAN X-RAY

MOBILE 100mA DENGAN MENGGUNAKAN

FILTER PASIF (SINGLE TUNED AND DOUBLE TUNED PASSIVE FILTER)

TESIS

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

OLEH

PARTAONAN HARAHAP 117034016/TE

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

(3)

(4)

Telah diuji pada

Tanggal: 11 Februari 2015

PANITIA PENGUJI TESIS :

Ketua : Prof. Dr. Ir. Usman Baafai Anggota : 1. Dr. Eng. Ariadi Hazmi

2. Prof. Drs. Tulus, M.Si, Ph.D 3. Dr. Marwan Ramli, M.Si

(5)

ABSTRAK

Beban listrik yang bersifat tidak linier dapat menimbulkan distorsi bentuk gelombang, baik arus maupun tegangan yang merupakan salah satu parameter dalam menentukan kualitas dari sistem tenaga listrik. Rontagen (Sinar-X)

mempunyai karakteristik beban listrik yang tidak linier yang dapat mengakibatkan bentuk gelombang sisi masukan tegangan listrik dan arus menjadi tidak sinussoidal murni akibat adanya interaksi gelombang sinussoidal frekuensi fundamental dengan frekuensi gelombang lain yang dikenal sebagai harmonisa. Sinar-X mempunyai Total Harmonisa Distorsi arus (THDi) sebesar 64,9 % dan Total Harmonisa Tegangan (THDv) 3,4 % dengan daya 340 Watt, perlu direduksi karena tidak sesuai dengan batasan harmonisa standar Internasional

Elektrotechnical Commission (IEC) 61000-3-2 Kelas D. Penggunaan Filter

Single-Tuned Passive Filter dan Doubel-Tuned Passive Filter serta penggabungan filter Single-Tuned Passive Filter dan Doubel-Tuned Passive Filter pada sinar-X dapat mereduksi harmonisa orde ke-3 sampai orde ke-39 dengan masing-masing Total Harmonisa Distorsi arus (THDi) dan Total Harmonisa Distorsi tegangan (THDv) yaitu : 57,77 % dan 2,79 %, 58,48 % dan 2,75 %, 1,74% dan 2,77%.

Kata-kata kunci : Harmonisa, Sinar-X, Single-Tuned Passive Filter, Doubel-Tuned Passive Filter dan pengabungan Single-Doubel-Tuned dan

(6)

ABSTRACT

Non-linear electric load can cause distortion in the form of wave, either current or tension which are one of the parameters in determining the quality of electric power system. X-ray has the characteristics of non-linear electric load which can cause the form of side wave of electric tension and current to become not genuine sinusoidal anymore since there is the interaction between fundamental sinusoidal wave frequency with another wave frequency which is known as harmonics. X-ray which has Total Harmonics Distortion current (THDi) of 64.9% and Total Harmonics Distortion voltage (THDv) of 3.4% with 340 Watt power needs to be reduced because it is not in accordance with the definition of harmonic standard of the International Electro-technical Commission (IEC) 61000-3-2Class D. The use of Single-Tuned Passive Filter, Double-Tuned Passive Filter, and the combination of both of them in X-ray can reduce the third order up to the 39th order harmonics with Total Harmonics Distortion current (THDi) and Total Harmonics Distortion voltage (THDv) of 57.77% and 2.79%, 58.48% and 2.75%, 1.74% and 2.77% respectively.

Keywords: Harmonics, X-ray, Single-Tune Passive Filter, Double-Tuned Passive Filter, Combination of Single-Tune and Double-Tune Passive Filters

(7)

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Allah Subhanahu Wataalla, atas rahmat, hidayah dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan tesis yang berjudul

”Mereduksi Harmonisa Pada PeralatanX-Ray Mobile 100 mA dengan menggunakan Filter Pasif (Single Tuned And Double Tuned Passive Filter)”.

Penulisan tesis ini dilakukan untuk memenuhi salah satu syarat kurikulum Program Studi Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, Medan. Pada kesempatan yang berbahagia ini penulis mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai sebagai Ketua Pembimbing dan Bapak Dr. Eng. Ariadi Hazmi sebagai anggota pembimbing, atas segala bimbingan, saran dan nasehat sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Bapak Suherman, Ph.D selaku Ketua dan Drs. Hasdari Helmi, MT selaku Sekretaris Program Studi Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Terima kasih juga kepada Bapak Prof. Drs. Tulus, M.Si, Ph.D dan Bapak Dr. Marwan Ramli selaku Komisi Penguji pada Sidang Tesis, yang banyak memberikan saran dan masukan kepada penulis demi kebaikan tesis ini, serta seluruh Staf Pengajar, staf Administrasi dan rekan-rekan mahasiswa angkatan 2011 Program Studi Magister Teknik Elektro atas bantuan dan kontribusinya dalam penyelesaian tesis

(8)

ini. Terima kasih juga kepada Ayahanda Paruhum Harahap, Ibunda Farida Hanum, ibu mertua Fatmawati, istri tercinta Lili Wahyuni, S.Sos, anak–anak tersayang Syafa Aisyah Putri Harahap, Atiqah Zahrah Harahap dan tidak melupakan sahabat dan saudara di Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara, Medan dan RSU Muhammadiyah Sumatera Utara yang telah memberi banyak dukungan, semangat, bantuan dan pengorbanan waktunya. Semoga Allah Subhanahu Wataalla memberikan kebahagiaan, berkah dan karunia kepada semua pihak yang telah membantu penulis sehingga selesai tesis ini. Harapan penulis kiranya tesis dapat bermanfaat kepada siapa saja yang membaca, semua pengguna atau pemakai alat-alat listrik dan kepada yang berminat dalam meneliti masalah kwalitas daya khususnya kompensasi harmonisa. Terima kasih.

Medan, Februari 2015 Penulis,

(9)

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

Saya yang bertanda tangan dibawah ini,

Nama : Partaonan Harahap Tempat/Tanggal lahir : Medan/ 11 Juli 1982 Jenis Kelamin : Laki – laki

Agama : Islam

Bangsa : Indonesia

Alamat : Jl. M. Saman Dusun XII Perumahan Berjaya Indah Khalipah No. B 11 Tembung- Deli Serdang

Menerangkan dengan sesungguhnya, bahwa:

PENDIDIKAN

1.Tamatan SD Negeri No.106814 Percut Sei Tuan Tahun 1994 2.Tamatan SMP Swasta Prayatna Medan 1997

3.Tamatan SMK Swasta Teladan Medan Tahun 2000 4.Tamatan S1 Teknik Elektro UMSU Medan Tahun 2005

(10)

PEKERJAAN

1. Kepala Bagian SDM RSU Muhammadiyah Sumatera Utara sejak September 2007 sampai sekarang.

2. Staf Pengajar (Honorer) pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara sejak September 2010 sampai sekarang.

3. Kepala Laboratorium Sistem Telekomunikasi pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara sejak September 2011 sampai sekarang.

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

Medan, Februari 2015 Tertanda,

(11)

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ... i

ABSTRACT ... ii

KATA PENNGANTAR ... iii

DAFTAR RIWAYAT HIDUP ... v

DAFTAR ISI ... vii

DAFTAR TABEL... vi

DAFTAR GAMBAR ... vii

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 Penelitian ... 9

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ... 10

2.1 Teori Harmonisa ... 15

2.2 Sumber Harmonisa... 15

2.3 Pengaruh Penggunaan Peralatan Elektronika Daya Terhadap Harmonisa... 16

2.4 Standar Distorsi Harmonisa IEC ... 18

2.5 X-Ray ... .... 21

2.6 Proses Terjadinya Sinar-X ... 22

2.7 Komponen Utama sinar-X ... . 24

2.8 Pengaruh Kuat Arus Listrik Sumber Sinar-X ... . 27

2.9 Filter Harmonisa ... . 29

(12)

2.11 Single-tuned passive filter... . 33

2.12 Double tuned filter ... . 36

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ... 44

3.1 Teknis Pengukuran Yang Dilakukan ... 44

3.2 Teknik Analisan Data ... 46

3.3 Data Pengukuran ... 48

3.4 Klasifikasi Arus Harmonisa Sinar-X berdasarkan Standart IEC 61000-3-2 kelas D ... 54

3.5 Perhitungan Single-Tuned Passive Filter... ... 56

3.6 Rangkaian Simulasi Sesudah Pemasangan Single-Tuned Passive Filter ... 59

3.7 Perhitungan Double-Tuned Passive Filter ... 61

3.8 Rangkaian Simulasi Sesudah Pemasangan Double-Tuned Passive Filter ... 64

3.9 Penggabungan Rangkaian Simulasi Sesudah Pemasangan Single-Tuned Passive Filter dan Double-Tuned Passive Filter ... 67

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ... 70

4.1 Penggunaan Single-Tuned Passive Filter untuk mengurangi Arus Harmonisa ... 70

4.1.1 Hasil Penggunaan Single-Tuned Passive Filter untuk mengurangi Arus Harmonisa... 70

4.1.2 Pembahasan Penggunaan Single-Tuned Passive Filter untuk mengurangi Arus Harmonisa... 74

4.2 Penggunaan Double-Tuned Passive Filter untuk mengurangi Arus Harmonisa ... 75

4.2.1 Hasil Penggunaan Double -Tuned Passive Filter untuk mengurangi Arus Harmonisa ... 75

4.2.2 Pembahasan Penggunaan Double -Tuned Passive Filter untuk mengurangi Arus Harmonisa ... 79

4.3 Penggunaan Single-Tuned Passive Filter dan Double-Tuned Passive Filter untuk mengurangi Arus Harmonisa ... 80

(13)

4.3.1 Hasil Penggunaan Single-Tuned Passive Filter dan

Double-Tuned Passive Filter untuk mengurangi Arus Harmonisa ... 80

4.3.2 Pembahasan Penggunaan Single-Tuned Passive Filter dan Double-Tuned Passive Filter untuk mengurangi Arus Harmonisa ... 84

BAB 5 PENUTUP ... 87

5.1 Kesimpulan ... 87

5.2 Saran ... 88

DAFTAR PUSTAKA ... 89

(14)

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

1.1 Data Hasil Pengukuran ... 3

1.2 Penelitian yang sudah dilakukan ... 5

2.1 Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas A ... 18

2.2 Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas B ... 19

2.3 Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas C ... 20

2.4 Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas D... 20

3.1 Impedansi kabel saluran ... 46

3.2 Data pengukuran X-Ray Mobile 100 mA ... 49

3.3 Data hasil simulasi sebelum pemasangan filter ... 54

3.4 Klasifikasi arus harmonisa sebelum pemasangan filter berdasarkan Standar IEC 61000-3-2 Kelas D ... 55

3.5 Hasil simulasi sesudah pemasangan Single-Tuned Passive Filter . 60 3.6 Hasil simulasi sesudah pemasangan Double-Tuned Passive Filter ... 66

3.7 Hasil simulasi sesudah pemasangan pengabungan Double-Tuned Passive Filter Single-Tuned Passive Filter ... 68

4.1 Data hasil simulasi sebelum dan sesudah pemasangan Single-Tuned Passive Filter ... 71

4.2 Data hasil simulasi sebelum dan sesudah pemasangan Double-Tuned Passive Filter ... 76

4.3 Data hasil simulasi sebelum dan sesudah pemasangan penggabungan Single-Tuned Passive Filter dan Double-Tuned Passive Filter.... 81

(15)

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

2.1 Gelombang Sinus Arus Dan Tegangan ... ... 10

2.2 Bentuk Delombang Dasar, Harmonisa Dan Gelombang Terdistorsi ... 11

2.3 Sperektum Urutan Orde Harmonisa ... 13

2.4 Tabung Sinar-X ... 23

2.5 Skema Pesawat Sinar-X ... 24

2.6 Kilomator Sinar-X ... 26

2.7 Pengaruh Kuat Arus Listrik Sumber Sinar-X terhadap Luas puncak sinar-X karakteristik ... 28

2.8 Model Filter Pasif ... 31

2.9 Vektor Segitiga Daya Untuk Menentukan Kebutuhan Daya Reaktif 34 2.10 Double Tuned Passive Filter ... 37

2.11 Karakteristik Impedansi Double Tuned Passive Filter ... 38

3.1 Pengukuran X-Ray Mobile 100mA dengan Power Quality Analyzer 45 3.2 Diagram satu garis pemasangan Single-Tuned Passive Filter ... 47

3.3 Diagram satu garis pemasangan Double-Tuned Passive Filter ... 48

3.4 Diagram satu garis pemasangan penggabungan Single-Tuned Passive Filter dan Double-Tuned Passive Filter ... 48

3.5 Rangkaian simulasi menggunakan program MATLAB/Simulink . 51 3.6 Data hasil simulasi MATLAB/Simulink sebelum pemasangan filter 51 3.7 Grafik Tegangan dan arus sebelum pemasangan filter ... 52

3.8 Spektrum Tegangan dan arus sebelum pemasangan filter ... 53

3.9 Rangkaian simulasi sesudah pemasangan Single-Tuned Passive Filter ... 60

3.10 Rangkaian simulasi sesudah pemasangan Double-Tuned Passive Filter ... 66

3.11 Rangkaian simulasi sesudah pemasangan penggabungan Single-Tuned Passive Filter dan Double-Tuned Passive Filter ... 68

4.1 Grafik Tegangan dan arus sesudah pemasangan filterSingle-Tuned Passive Filter ... 72

4.2 Spektrum Tegangan dan arus sesudah pemasangan filterSingle-Tuned Passive Filter ... 73

4.3 Diagram perbandingan arus harmonisa sesudah dan sesudah filter Single-Tuned Passive Filter ... 74

(16)

4.4 Grafik Tegangan dan arus sesudah pemasangan filterDouble-Tuned Passive Filter ... 77 4.5 Spektrum Tegangan dan arus sesudah pemasangan filter

Double-Tuned Passive Filter ... 78 4.6 Diagram perbandingan arus harmonisa sesudah dan sesudah filter

Double-Tuned Passive Filter ... 79 4.7 Grafik Tegangan dan arus sesudah pemasangan penggabungan

Single-Tuned Passive Filter dan Double-Tuned Passive Filter ... 82 4.8 Spektrum Tegangan dan arus sesudah pemasangan penggabungan

Single-Tuned Passive Filter dan Double-Tuned Passive Filter... 83 4.9 Diagram perbandingan arus harmonisa sebelum dan sesudah

pemasangan penggabungan Single-Tuned Passive Filter dan Double-Tuned Passive Filter ... 85

(17)

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Judul Halaman

1 X-RAYMOBILE 100mA ... ... 93

2 Tanpak Depan dan Tombol pengatur X-Ray Mobile 100 mA ... 93

3 Spektrum harmonisa THDi ... 94

4 Spektrum harmonisa THDV ... 94

(18)

ABSTRAK

Elektrotechnical Commission (IEC) 61000-3-2 Kelas D. Penggunaan Filter

Kata-kata kunci : Harmonisa, Sinar-X, Single-Tuned Passive Filter, Doubel-Tuned Passive Filter dan pengabungan Single-Doubel-Tuned dan

(19)

ABSTRACT

Keywords: Harmonics, X-ray, Single-Tune Passive Filter, Double-Tuned Passive Filter, Combination of Single-Tune and Double-Tune Passive Filters

(20)

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang

Perkembangan teknologi sangat cepat pertumbuhannya dari suatu negara, perkembangan tersebut hampir menyeluruh disegala bidang terutama dibidang kelistrikan. Sejak berkembangnya teknologi power electronic, penerepan perangkat telah menjadi perenarapan utama dihampir semua utilitas listrik. Namun permasalahan kualitas daya sistem yang disebabkan meningkatnya pengguna power electronic oleh konsumen listrik. Pada dasarnya mutu listrik yang baik adalah listrik yang mempunyai tegangan dan frekuensi yang stabil [1]. Untuk di Indonesia, listrik yang bersumber dari PLN adalah dengan tegangan 220 volt dan frekuensi 50 Hz. Terdapat banyak aspek yang dapat mempengaruhi berkurangnya mutu listrik. Salah satu aspek tersebut adalah timbulnya harmonisa pada gelombang listrik dari pada peralatan yang dimaksudkan ialah X-Ray (sinar-X) atau Radiografi. X-Ray adalah yang menghasilkan gelombang elektromagnetik frekuensi tinggi X-Ray untuk digunakan dalam diagnostik atau terapi. X-Ray

dapat dihasilkan di dalam sebuah tabung X-Ray hampa udara [2]. Tabung X-Ray

dibuat hampa udara agar elektron yang berasal dari katoda tidak terhalang oleh molekul udara dalam perjalanannya menuju anoda. Elektron-elektron tersebut

(21)

akan menumbuk anoda dan terjadi proses perubahan energi. Energi elektron sebagian besar diubah menjadi panas (99%) dan sebagian kecil diubah menjadi

X-Ray (1%). Sebuah sumber tegangan tinggi dari 20–200 kV diperlukan untuk menghasilkan X-Ray pada tabung X-Ray. Penentuan waktu durasi tegangan tinggi yang dipakai pada tabung harus dibatasi dengan hati-hati supaya pasien tidak menerima dosis yang berlebihan, film tidak menjadi terlalu hitam, dan tabung X-Ray tidak terlalu panas. Selama tabung X-Ray dioperasikan dalam batas termalnya, intensitas X-Ray diatur oleh arus filamen. Sebagai sebuah proteksi terhadap kelebihan panas, temperatur anoda dimonitor oleh pendeteksi temperatur. Jika temperatur anoda melebihi nilai tertentu, kelebihan panas akan dideteksi dan suplai tegangan tinggi akan mati secara otomatis. Sebagian besar anoda tabung X-Ray diputar oleh motor induksi untuk membatasi daya X-Ray

pada satu titik dan membantu pendinginan anoda [3][4].

Elektron-elektron pada atom akan membiaskan berkas bidang yang tersusun secara periodik. Tetapi di sisi lain, penggunaan X-Ray mempunyai pengaruh dalam sistem kelistrikan. Peralatan X-Ray merupakan salah satu contoh dari beban non linier, karena menggunakan komponen-komponen elektronika, dari peralatan ini menggunakan tabung sinar katoda Cathode Ray Tube (CRT) atau elektron dipancarkan dari suatu katoda dan dipancarkan dalam berkas elektron dengan kecepatan tinggi [5]. Sedangkan beban non linier merupakan penyebab

(22)

munculnya harmonisa yang dapat mengganggu sistem distribusi listrik. Akibatnya adanya harmonisa ini menyebabkan gelombang arus dan tegangan menjadi cacat dan tidak sinusoidal.

Tinggi rendahnya nilai tegangan akan memberikan kemampuan daya tembus dari X-Ray, semakin tinggi tegangannya maka daya tembus X-Ray

terhadap ketebalan obyek semakin tinggi pula hal ini dapat dilihat, diukur, dihitung, dan dianalisa yang diperkirakan menimbulkan harmonisa dengan melakukan terlebih dahulu pengukuran THDv, THDi, IHDV dan IHDi. Untuk

menjawab perkiraan harmonisa apakah terdapat pada peralatan tesebut, maka peneliti melakukan pengukuran THDv, THDi, dan IHDi pada peralatan X-Ray

telah dilaksanakan hari Senin, 13 Oktober 2014 menggunakan alat ukur Power Quality Analyzer Fluke 43B yang hasilnya pada Tabel 1.1.

Tabel 1.1 Data Hasil Pengukuran X-Ray Mobile 100mA

Parameter Satuan Hasil

Pengukuran

U (Phase Voltage) Volt 200,2

I (Phase Current) Ampere 2,51

S (Apparent Power) KVA 0,45

P (Active Power) KW 0,34

Q (Reaktife Power) KVAR 0,30

PF (Power Factor) 0,74

Frekuensi Hz 50,2

THDv % 3,4

(23)

Tabel 1.1 (Sambungan)

IHDi 3 (mA) ₁₉₀₉

IHDi 5 (mA) ₁₁₄₃

IHDi 7 (mA) 266

IHDi 9 (mA) ₂₈₂

IHDi 11 (mA) ₃₂₃

IHDi 13 (mA) ₁₇₇

IHDi 15 (mA) 92

IHDi 17 (mA) ₁₂₃

IHDi 19 (mA) ₁₂₃

IHDi 21 (mA) ₆₃

IHDi 23 (mA) ₆₆

IHDi 25 (mA) ₈₂

IHDi 27 (mA) 44

IHDi 29 (mA) ₃₈

IHDi 31 (mA) ₄₇

IHDi 33 (mA) ₂₂

IHDi 35 (mA) ₂₂

IHDi 37 (mA) 3

IHDi 39 (mA) ₃

Besarnya nilai hasil pengukuran Total Harmonisa Distorsi arus (THDi) 64,9

% dan Total Harmonisa Distorsi tegangan (THDv) 3,4% dengan daya

0,34 KW. Oleh karena itu, harmonisa yang ditimbulkan oleh X-Ray, perlu direduksi agar tidak menggangu kerja peralatan lain. Pencegahan ini dapat dilakukan dengan menggunakan filter pasif (Single-Tuned Passive Filter Dan

Double Tuned) yang dapat digunakan untuk mereduksi harmonisa. Filter

harmonisa selain untuk mengurangi harmonisa yang ditimbulkan sampai dibawah standar IEC 61000-3-2, beban-beban kecil tersebut diklasifikasikan dalam kelas

(24)

A, B, C, dan D, dimana masing masing kelas mempunyai batasan harmonisa yang berbeda beda. Penelitian ini bermaksud mereduksi harmonisa dengan menggunakan filter pasif (Single-Tuned Passive Filter Dan Double Tuned) yang akan mengurangi harmonisa pada alat ukur X-Ray tersebut. Diantara penelitian yang pernah dilakukan tidak ada yang membahas tentang sistem kelistrikan yang dapat menimbulkan harmonisa seperti pada Tabel 1.2.

Tabel 1.2. Penelitian yang sudah dilakukan

No Peneliti Judul Peneliti Hasil Yang dicapai

1. Yusuf Nampira, et.al 2000[2]

Pengaruh Tegangan dan Kuat Arus Listrik Sumber Sinar-X Pada Analisis Unsur Dalam Paduan Zirkonium dengan Cara Fluoresensi Sinar-X

Kuat arus listrik akan menaikkan sensitifitas dalam analisis tersebut. Hasil analisis unsur dalam sampel tersebut dengan menggunakan tegangan listrik 18 kV dan kuat arus listrik 100 µA

2 Sujatno, Sigit Bachtiar 2011 [3]

Analisis Tegangan Tinggi Pada Sinar X

Pemakaian daya sebagian besar digunakan untuk pembangkitan tegangan tinggi yang korelasi dengan kekuatan daya tembus sinar-X, sehingga perhitungan kemampuan trafo menjadi cukup

penting. Untuk

pembangkitan sinar-X pada 100 mA dengan tegangan tinggi 100 kV, arus dari jaringan yang dipakai dapat mencapai 50 A .

(25)

Tabel 1.2. (sambungan) 3 Evi Yufita, Rini

2012[4]

Analysis Output

Tolerance Limits

X-Ray Machine

Diagnostic (Case

Study in one of the General Hospital in Banda Aceh)

Untuk nilai stabilitas tegangan, nilai input sebesar 70 kV dan nilai output yang dihasilkan sebesar 40, 50, 60, dan 70 kV pada Sinar-X tersebut tidak berbeda jauh dengan nilai tegangan output yang dihasilkan yaitu masing-masing sebesar 39,1 , 48,3 , 58,9 , dan 69,4 kv. Dari hasil tersebut terlihat bahwa persen toleransi parameter tersebut masih di bawah 5%.

4 By Lauriston S. et.al 2011[5]

The Comparison Of High Voltage X-Ray Generators

Tiga generator, A, B, dan C, dipilih sebagai khas. A dan B yang dinilai untuk memberikan gelombang penuh 220-230 kv (peak)

pada 30 mA

(milliamperes). C dinilai untuk memberikan 200 kv (peak) pada 10 mA

5 Danijela Arandjic, et.al 2009 [6]

Patient Protection in Dental Radiology: Influence of EXposure Time on Patient Dose

Pemberian sinar-X untuk pasien berdasarkan hasil tabung X-ray pengukuran output lebih tinggi hasil pengukuran untuk unit X-ray dengan 50 kVp.

Oleh karena itu, pada peralatan X-Ray telah banyak dilakukan penelitian untuk mengetahui kualitas dari X-Ray. Salah satu dari hasil penelitian ini menyatakan bahwa pemberian/pengaturan arus dan tegangan tabung yang tepat

(26)

pada X-Ray sangat penting dalam suatu diagnose karena sangat mempengaruhi hasil pencitraan sehingga menjamin keselamatan terhadap pasien, operator, dan lingkungan. Pada peralatan X-Ray diagnostik, umumnya tegangan tinggi yang digunakan antara 30 kV sampai 125 kV. Tegangan tinggi ini akan diterapkan antara katoda dan anoda dalam tabung X-Ray. Dengan tegangan tinggi dan adanya pemanasan filamen maka elektron yang lepas dari katoda dalam tabung dapat bergerak cepat menuju anoda, akibatnya terjadi tumbukan tak kenyal sempurna antara elektron dengan anoda (anoda sebagai target). Adanya tumbukan tersebut terjadilah peristiwa Bremstrahlung yang menghasilkan sinar-X [6].

Berdasarkan hasil pengukuran yang telah dilakukan terhadap peralatan tersebut. Harmonisa yang timbulkan harus memenuhi kreteria IEC 61000-3-2, kelas D. Untuk mengatasi permasalahan yang timbul akibat adanya harmonisa pada peralatan X-Ray maka perlu dirancang filter pasif (Single-Tuned Passive Filter Dan Double Tuned) untuk mereduksi harmonisa tersebut.

1.2 PerumusanMasalah

Berdasarkan perkembangan teknologi terutama di alat kesehatan yang menggunakan rangkaian listrik dan komponen elektronika. Tinggi rendahnya nilai tegangan akan memberikan kemampuan daya tembus pada peralatan X-Ray, semakin tinggi tegangannya maka daya tembus peralatan X-Ray terhadap ketebalan obyek semakin tinggi pula hal ini dapat dilihat, diukur, dihitung, dan

(27)

dianalisa yang diperkirakan menimbulkan harmonisa. Dari latar belakang di atas dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut:

a. Berapa besar nilai Individual Harmonic Distorsi (IHD) dan Total harmonic Distorsi (THDi) arus yang dihasilkan oleh peralatan X-Ray. b. Dampak filter pasif (single-tuned passive filter dan double tuned) untuk

mengetahui filter pasif yang mana dapat mereduksi harmonik pada peralatan X-Ray.

c. Hasil simulasi sebelum dan sesudah pemasangan filter dengan menggunakan Matlab/simulink.

1.3 TujuanPenelitian

Mereduksi harmonisa yang dihasilkan peralatan X-Ray dengan merancang filter pasif (Single-Tuned Passive Filter Dan Double Tuned Passive Filter).

1.4 Batasan Masalah Penelitian

Sesuai perkembangan peralatan elektronika terutama pada peralatan X-Ray

yang dipakai oleh dunia pendidikan, pabrik elektronik sebagainya, yang dapat menimbulkan harmonisa salah satunya alat ukur tersebut. Maka batasan masalah permasalahan yang akan diteliti adalah.

(28)

b. Merancang filter pasif (single-tuned passive filter dan double tuned passive filter) untuk mereduksi arus harmonisa pada peralatan X-Ray

dengan menggunakan Matlab/simulink. c. Simulasi dilakukan dengan Matlab Simulink.

1.5 Manfaat Penelitian

Adapun manfaat dari penelitian ini diharapkan:

a. Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang efisiensi kualitas daya yang dihasilkan dari arus harmonisa melalui peralatan X-Ray .

b. Menjadi suatu pemodelan yang dapat diterapkan dan direkomendasikan dalam dunia pendidikan dan fabrikasi mengingat pengaruh perbaikan kualitas daya terhadap peralatan X-Ray .

(29)

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Teori Harmonisa

Dalam sistem tenaga listrik yang ideal, bentuk gelombang tegangan yang disalurkan ke peralatan dan bentuk gelombang arus yang dihasilkan adalah gelombang sinus murni terlihat bentuk ideal dari gelombang tegangan dan arus pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Gelombang sinus arus dan tegangan

Harmonisa merupakan gangguan yang dalam distribusi tenaga listrik yang disebabkan oleh adanya distorsi gelombang arus dan tegangan yang menyebabkan adanya pembentukan gelombang-gelombang yang tidak sinusoidal atau dengan frekuensi kelipatan bulat dari frekuensi fundamentalnya. Sehingga harmonisa

(30)

dapat menyebabkan cacat gelombang atau cacat Harmonisa adalah perubahan bentuk gelombang akibat adanya komponen frekuensi tambahan. Pada sistem tenaga listrik frekuensi kerja normal adalah 50 Hz atau 60 Hz tetapi, dalam aplikasi pemakaiannya berdasarkan beban yang digunakan frekuensi arus dan tegangan dapat menjadi tidak normal atau menjadi kelipatan dari frekuensi normal 50/60 Hz, hal inilah yang disebut dengan harmonisasi.

Jika frekuensi (f) adalah frekuensi normal dari suatu sistem, maka frekuensi orde n (1,2,3...n) adalah nf atau factor kelipatan dari frekuensi normal, sehingga frekuensi dapat berubah menjadi 100 Hz, 150 Hz dan seterusnya. Gelombang inilah yang kemudian menumpang pada gelombang normal sehingga terbentuklah gelombang tidak sinusoidal yang merupakan hasil dari penjumlahan antara gelombang normal sesaat dengan gelombang harmonisanya. seperti tampak pada Gambar 2.2.

(31)

Harmonisa bisa muncul akibat adanya beban-beban non linier yang terhubung ke sistem distribusi. Beban non linier ini umumnya adalah peralatan elektronik yang di dalamnya banyak terdapat komponen semi konduktor. Komponen ini dalam proses kerjanya berlaku sebagai saklar yang bekerja pada setiap siklus gelombang tegangan. Beberapa contoh beban non linier antara lain : variable speed drive, UPS, komputer, printer, televisi, microwave oven, lampu fluorescent yang menggunakan elektronik ballast [7][8][9].

Keberadaan harmonisa arus dalam suatu sistem tenaga listrik memberikan efek secara langsung maupun tidak langsung terhadap kualitas dan keandalan sistem tersebut. Pada beberapa kasus, keberadaan harmonisa orde ketiga yang dihasilkan oleh beban-beban satu fasa menyebabkan terjadinya ketidak seimbangan aliran daya pada sistem tiga fasa sehingga arus pada kawat netral yang seharusnya bernilai nol menjadi bernilai tertentu yang seringkali melebihi kapasitas kawat tersebut. Pengaruh keberadaan harmonisa juga sangat tampak pada peralatan-peralatan sistem tenaga listrik seperti generator, transformator, motor, dan kapasitor. Selain itu umur pakai peralatan tersebut juga mengalami penyusutan dikarenakan vibrasi dan temperatur operasi yang meningkat jauh lebih tinggi akibat keberadaan harmonisa arus. Pada kapasitor, harmonisa menyebabkan reduksi kapasitas penyimpanan daya reaktif sehingga jelas lebih baik proses koreksi terhadap faktor daya juga mengalami gangguan.

(32)

Harmonisa berdasarkan dari urutan ordenya dapat dibedakan menjadi harmonisa ganjil dan harmonisa genap, sesuai dengan namanya harmonisa ganjil adalah harmonisa ke 1,3,5,7,9,11 dan seterusnya, perpaduan harmonisa ganjil dengan harmonisa kosong adalah paling merugikan yaitu harmonisake 3,9,15 dan seterusnya seperti pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Spektrum urutan orde harmonisa

Teori yang dipakai untuk memahami gelombang harmonisa adalah deret Fourier, dimana deret Fourier dapat menunjukkan komponen genap dan komponen ganjil, dan persamaan umum dari deretfourier dapat ditulis dengan sistematis menggunakan Persamaan (2.1) berikut :

f

(t)

= A

+

∞₌₁

(

A

Cos

(

2�

)

+

B

Sin

(

2�

(33)

Persamaan (2.1) di gunakan untuk gelombang yang berperiode berkelanjutan dalam teori fourier hal- hal yang mengacu kepada Persamaan (2.1) yaitu A0 (nilai rata – rata dari fungsi x (t), An dan Bn (koefisien deret) ketiga

koefisien tersebut dapat diturunkan seperti Persamaan (2.2),(2.3) dan (2.4).

A

=

1 ₂

�

...(2.2)

A

=

2 ₂

�

...(2.3)

B

=

2 ₂

�

...(2.4)

dimana : n adalah indeks harmonisa

Banyaknya aplikasi beban non linier pada sistem tenaga listrik telah membuat arus menjadi sangat terdistorsi dengan persentase harmonisa arus, Tingginya persentase kandungan harmonisa arus Total Harmonic Distortion atau disingkat dengan THD pada suatu sistem tenaga listrik dapat menyebabkan timbulnya beberapa persoalan harmonisa yang serius pada sistem kelistrikan, menimbulkan berbagai macam kerusakan pada peralatan listrik yang sensitive dan menyebabkan penggunaan energi listrik tidakteratur [10][11][12].

(34)

2.2 Sumber Harmonisa

Harmonisa dihasilkan karena berbagai jenis penggunaan peralatan yang memiliki kondisi saturasi, peralatan elektronika daya dan beban non-linier, yaitu sebagai berikut [10]:

1. Peralatan yang memiliki kondisi saturasi biasanya memiliki komponen yang bersifat magnetik seperti transformator, mesin-mesin listrik, tanur busur listrik, peralatan yang menggunakan power supply dan magnetic ballast.

2. Peralatan elektronika daya biasanya menggunakan komponen-komponen elektronika seperti tirystor, dioda, dan lain-lain. Contoh peralatan yang menggunakan komponen elektronika daya adalah konverter PWM, Inverter, pengendali motor listrik, electronic ballast, dan sebagainya.

3. Pada rumah tangga, beban non-linier terdapat pada peralatan seperti Lampu Hemat Energi, Televisi, Video player, AC, Komputer dan lainnya.

2.3 Pengaruh Penggunaan Peralatan Elektronika Daya Terhadap Harmonisa

Rangkaian elektronika daya merupakan suatu rangkaian listrik yang dapat mengubah sumber daya listrik dari bentuk gelombang tertentu seperti bentuk

(35)

gelombang sinusoidal menjadi sumber daya listrik dengan bentuk gelombang lain tidak sinusoidal dengan menggunakan piranti semi-konduktor daya. konduktor daya memiliki peran penting dalam rangkaian elektronika daya. Semi-konduktor daya dalam rangkaian elektronika daya umumnya dioperasikan sebagai pensakelar switching, pengubah converting, dan pengatur controlling sesuai dengan unjuk kerja rangkaian elektronika daya yang diinginkan. Penggunaan peralatan elektronika daya juga dapat merusak kualitas tegangan dan arus sistem pada titik-titik tertentu di jaringan sistem tenaga.Pada titik- titik tersebut ditemukan komponen tegangan dan arus dengan frekuensi-frekuensi kelipatan dari frekuensi fundamental, sehingga menimbulkan harmonisa [12][13].

Dalam analisis harmonik, beberapa indeks Persamaan (2.5) dan (2.6) yang digunakan untuk melukiskan pengaruh harmonisa pada komponen sistem tenaga listrik.

THD tegangan : THDV =

∞ �_ℎ2

ℎ=2

�1

X 100%...(2.5)

THD arus : THDi =

∞ �_ℎ2

ℎ=2

�1

X 100%...(2.6)

Persamaan (2.5) dan (2.6) didefinisikan sebagai perbandingan nilai rms komponen harmonik terhadap komponen dasar dalam (%). Indeks ini digunakan untuk mengukur penyimpangan deviation dari bentuk gelombang satu periode

(36)

yang mengandung harmonik pada satu gelombang sinus sempurna. Untuk satu gelombang sinus sempurna pada frekuensi dasar THD adalah nol. Demikian pula pengukuran distorsi harmonik individual untuk tegangan dan arus pada orde ke h didefinisikan sebagai Vh/V1 dan Ih/I1 [13].

Harmonik yang dihasilkan untuk meningkatkan jumlah beban non linier seperti yang dijelaskan dibawah ini:

1. Ketika tegangan sistem linier tetapi beban non-linier, saat akan terdistorsi dan menjadi non-sinusoidal. Arus yang sebenarnya akan menjadi lebih tinggi dari arus yang akan diukur oleh ammeter atau alat ukur lainnya pada frekuensi dasar.

2. Ketika sistem suplai itu sendiri mengandung harmonisa dan tegangan sudah terdistorsi, beban linier akan menghadapi beban harmonik tegangan tersebut dan menarik arus harmonik terhadap sistem dan menghasilkan urutan harmonisa arus yang sama.

3. Bila tegangan sistem dan beban keduanya non-linier (suatu kondisi yang lebih umum) tegangan harmonik akan memperbesar dan harmonik tambahan akan dihasilkan, sesuai dengan linieritas non-of

beban dan karenanya akan lebih mindistorsi bentuk gelombang tegangan sudah terdistorsi.

(37)

2.4 Standar Distorsi Harmonisa IEC

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 fasa ataupun tiga fasa yang nilai arusnya

lebih kecil dari 16 amper perfasa. Untuk beban beban tersebut umumnya digunakan

standar IEC 61000-3-2. Hal ini disebabkan karena belum adanya standar baku yang

dihasilkan oleh IEEE. Pada standar IEC 61000-3-2, 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 [8],[9] :

1). Kelas A menyangkut semua kategori beban termasuk didalamnya peralatan

penggerak motor dan semua peralatan 3 fasa yang arusnya tidak lebih dari 16

amper 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 di izinkan (A) Harmonisa Ganjil

3 5 7 9 11 13

2,3 1,14 0,77 0,4 0,33 0,21

(38)

Tabel 2.1. (sambungan)

15≤ � ≤

2 4 6 ≤ � ≤ � Harmonisa Genap 2,25/n 1,08 0,43 0,3 1,83/n

2). Kelas B 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 di izinkan (A) Harmonisa Ganjil 3 5 7 9 11 13

15≤ � ≤

2 4 6 ≤ � ≤ � Harmonisa Genap 3,45 1,17 1,155 0,6 0,495 0,315 3,375/n 1,62 0,645 0,45 2,76/n

3). Kelas C termasuk didalamnya semua peralatan penerangan dengan daya input

(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

Harmonis ke (n) Arus harmonisa maksimum yang diizinkan (% fundamental)

2 3 5 7 9

11≤ � ≤

2 30 x pf

10 7 5 3

4). Kelas Dtermasuk semua jenis peralatan yang dayanya dibawah 600 Watt khusus-nya

personal komputer, monitor, TV. Batasan arusnya 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 < 600 W P > 600 W

3 5 7 9 11 13

15≤ � ≤

3,4 1,9 1 0,5 0,35 0,296 3,85/n 2,3 1,14 0,77 0,4 0,33 0,21 2,25/n

(40)

2.5. X Ray (X-Ray )

X-Ray adalah gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang antara 10-9 sampai 10-8 m (0,1-100 A). Berarti peralatan X-Ray ini mempunyai panjang gelombang yang jauh lebih pendek dari pada cahaya tampak, sehingga energinya lebih besar. Besar energinya dapat ditentukan dengan menggunakan Persamaan (2.7) sebagai berikut:

E =

ℎ

...

(2.7)

E = energi (Joule)

h = konstanta plank (6,627 x 10-34 J.s) c = kecepatan cahaya (3.108 m/detik)

λ = panjang gelombang (m/A)

Gelombang elektromagnetik terdiri atas radio, inframerah, ultraviolet, X-Ray dan sinar gamma. X-Ray mempunyai sifat umum seperti dibawah ini [14]:

1. Daya tembus

X-Ray dapat menembus bahan atau massa yang padat dengan daya tembus yang sangat besar. Semakin kecil panjang gelombang X-Ray, makin besar daya tembusnya.

(41)

2. Pertebaran

Apabila berkas X-Ray melalui suatu bahan atau suatu zat, maka berkas Sinar tersebut akan mengalami pertebaran keseluruh arah, menimbulkan radiasi sekunder (radiasi hambur) pada bahan atau zat yang dilalui.

3. Penyerapan

X-Ray akan diserap oleh bahan atau zat sesuai dengan berat atom atau kepadatan bahan atau zat tersebut. Makin tinggi kepadatannya atau berat atomnya makin besar penyerapannya.

4. Efek Ionisasi

Efek Ionisasi disebut juga efek primer dari X-Ray yang apabila mengenai suatu bahan atau zat dapat menimbulkan ionisasi pada partikel-partikel atau zat yang dilaluinya.

5. Efek biologi

X-Ray akan menimbulkan perubahan-perubahan biologi pada jaringan. Efek biologi ini yang dipergunakan dalam pengobatan radioterapi.

2.6. Proses Terjadinya X-Ray(Sinar –X)

Bagian X-Ray yang menjadi sumber radiasi adalah inserasi yang terdapat dalam wadah tabung X-Ray. Model tabung insersi beserta bagian-bagaiannya dari suatu X-Ray di tujukan pada Gambar 2.4 Tabung X-Ray.

(42)

Gambar 2.4. Tabung X-Ray

Di dalam tabung insersi terdapat filamen yang juga sebagai katoda dan target yang juga sebagai anoda. Tabung X-Ray dibuat hampa udara agar elektron yang berasal dari filamen tidak terhalang oleh molekul udara dalam perjalanannya menuju anoda. X-Ray terjadi apabila pada filamen dialirkan arus listrik yang cukup besar maka filamen menjadi berpijar sehingga elektron dalam terlepas dari atom filamen dan membentuk kabut elktron di sekitar filamen.

Jika antara katoda dan anoda diberi beda potensial yang tinggi maka elektron dalam elektron ini disebut arus tabung. Apabila arus elektron menumbuk target di anoda, pada X-Ray konvensional, elektron tersebut sebagai besar akan berubah bentuknya menjadi energi lain yaitu panas sedangkan sebagian kecil sekitar 1 % akan berubah menjadi X-Ray [15].

(43)

2.7. Komponen Utama X-Ray

X-Ray atau Rontgen adalah suatu alat yang digunakan untuk melakukan diagnosa medis dengan menggunakan X-Ray. X-Ray yang dipancarkan dari tabung insersi diarahkan pada bagian tubuh yang akan didiagnosa. Berkas X-Ray

tersebut akan menembus dan melewati bagian tubuh kemudian akan ditangkap oleh film, sehingga terbentuk citra dari bagian tubuh yang disinari sebagaimana ditunjukan pada Gamabar 2.5. X-Ray.

Gambar 2.5. X-Ray Komponen utama X-Ray adalah:

1. Tabung Inserse 2. Wadah Tabung 3. Generator 4. Kolimator

(44)

Peralatan X-Ray mempunyai sejumlah komponen yang menata kembali, mengendalikan, dan menyimpan energi listrik sebelum digunakan ke tabung X-Ray. Komponen-komponen tersebut secara kolektif dinyatakan sebagai catu daya atau pembangkit (generator) fungsi utama dari generator adalah untuk menjadikan operator dapat mengendalikan 3 (tiga) parameter kuantifikasi yaitu memiliki fungsi sebagai berikut:

1. Menaikkan tegangan listrik (menghasilkan kV)

2. Mengkonversikan arus listrik bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC) 3. Mengubah bentuk gelombang (filter)

4. Menyimpan energi (untuk X-Ray mobile)

5. Mengendalikan tegangan tabung (kilovoltage-kV) 6. Mengendalikan arus tabung (milliampere-mA) 7. Mengendalikan waktu paparan (exposure time)

Komponen lainnya adalah Kolimator yang merupakan salah satu bagian dari X-Ray yang memiliki fungsi untuk pengaturan besarnya ukuran radiasi. Pada Gambar 2.6 Kilometer X-Ray ini memiliki beberapa komponen yaitu lampu kolimator, plat timbal pembentuk lapangan, meteran untuk mengukur jarak dari fokus ke detektor atau ke film, tombol untuk menghidupkan lampu kombinasi, dan filter aluminium (AI) dan tembaga (Cu) sebagai filter tambahan.

(45)

Gambar 2.6. Kilomator X-Ray

Selain ke-empat komponen diatas juga terdapat komponen lain yang tak kalah pentingnya dalam beroperasinya X-Ray yaitu, sistem kontrol yang berfungsi mengatur dan mengendalikan operasi peralatan X-Ray dalam menghasilkan kuantitas dan kualitas X-Ray, meja pasien, bucky, film dan tiang penyangga tabung. Pengaturan tegangan melalui trafo variabel atau auto transformator. Keluaran trafo variabel berupa tegangan rendah 120 Volt sampai 240 Volt. Tegangan hasil seting ini masuk ke dalam lilitan primer trafo High Voltage (HV) dan keluarannya dari HV berupa tegangan tinggi pada display. Nilai tegangan hasil seting yang ditampilkan pada display merupakan tegangan kerja tabung untuk menghasilkan X-Ray [15][16].

Pengaturan arus tabung (mA kontrol) yang masuk ke tabung akan memanaskan filamen sehingga menghasilkan elektron cepat (elektron yag bergerak dari katoda ke anoda). Besar kecil arus yang masuk harus diatur untuk

(46)

menentukan intensitas X-Ray yang dikeluarkan oleh tabung. Arus hasil seting itu elektron. Nilai arus hasil seting yang ditampilkan pada display merupakan besaran arus tabung untuk menghasilkan X-Ray.

Pengaturan waktu paparan (timer) waktu eksposi ditentukan oleh timer

pada peraalatan X-Ray konvensional digunakan timer dengan sistem mekanik. Ketetapan sistem mekanik biasanya kurang karena adanya gesekan gesekan yang menghambat kerja timer, sehingga tingkat presisinya rendah. Hal ini akan mempengaruhi hasil X-Ray yang dikeluarkan tabung. Panel kontrol harus sesuai dengan penyinaran X-Ray secara otomatis sudah beberapa waktu tertentu atau secara otomatis pada keadaan apapun dengan menggerakan kembali panel kontronya. Apabila pengatur waktu yang secara mekanis tersedia, penyinaran yang diulang tidak dimungkinkan tanpa pengaturan kembali waktu penyinaran. Pengaturan waktu (timer) harus mampu menghasilkan kembali waktu penyinaran yang singkat secara tepat dengan selang waktu maksimum yang tidak lebih dari 5 detik. Alat penyinaran harus dibuat sebaik mungkin, sehingga penyinaran tambahan tidak terjadi [15].

2.8. Pengaruh kuat arus listrik sumber X-Ray

Kenaikan arus listrik yang diberikan pada tabung X-Ray akan menyebabkan kenaikan jumlah pelepasan elektron dari filamen yang akan

(47)

menumbuk sasaran. Hal ini menyebabkan kenaikan intensitas X-Ray yang dihasilkan oleh sumber tanpa mcngubah pola distribusi X-Ray yang dihasilkan. Oleh sebab itu kenaikan kuat arus ini akan menaikan cacah X-Ray karakteristik (antara kuat arus dengan cacah X-Ray karakteristik mcmbcrikan hubungan tinier). pemakaian kuat arus listrik sumber semakin tinggi dan tegangan listrik 20 kV akan menaikkan deviasi hasil pengukuran. Sehingga sensitifitas pengukuran meningkat dengan menggunakan kuat arus listrik semakin tinggi seperti Gambar 2.7.

Gambar 2.7. Pengaruh kuat arus lislrik sumber X-Ray terhadap luas puncak

X-Ray karakteristik [2].

Untuk dapat menghasilkan suatu pencitraan X-Ray diperlukan beberapa instrumetasi yang baku sebagai berikut :

1. Tabung X-Ray

Tabung X-Ray berisi filament yang juga sebagai katoda dan berisi anoda. Filamen terbuat dari tungsten, sedangkan anoda terbuat dari logam anoda (Cu, Fe

(48)

atau Ni). Anoda biasanya dibuat berputar supaya permukaannya tidak lekas rusak yang disebabkan tumbukan elektron.

2. Transformator Tegangan Tinggi

Trafo tegangan tinggi berfungsi pelipat tegangan rendah dari sumber menjadi tegangan tinggi antara 30 kV sampai 100 kV. Pada trafo tegangan tinggi diberi minyak sebagai media pendingin. Trafo tegangan tinggi berfungsi untuk mempercepat elektron di dalam tabung [16].

2.9. Filter Harmonisa

Tujuan utama dari filterharmonisa adalah untuk mengurangi amplitudo satu frekuensi tertentu dari sebuah tegangan atau arus. Dengan penambahan filter harmonisa pada suatu sistem tenaga listrik yang mengandung sumber-sumber harmonisa, maka penyebaran arus harmonisa keseluruh jaringan dapat ditekan sekecil mungkin. Selain itu filter harmonisa pada frekuensi fundamental dapat mengkompensasi daya reaktif dan dipergunakan untuk memperbaiki faktor daya sistem. 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

(49)

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 reaktor antar fasa, dan lain-lain.

Disamping sistem diatas dapat bertindak sebagai peredam harmonisa tetapi 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 mengakibatkan terjadinya resonansi antara kapasitor yang dipasang dengan induktor sistem [13].

2.10. Filter Pasif

Untuk meredam harmonisa dalam sistem tenaga, maka kita perlu menggunakan filter harmonisa yaitu filter pasif dan filter aktif. Filter pasif terdiri dari induktansi, kapasitansi, dan unsur-unsur tahanan untuk mengendalikan harmonisa lihat Gambar 2.8. Teknik filter pasif yang menggunakan double tuned

(50)

harmonisa pada frekuensi tertentu atau frekuensi tinggi atau band-pass filter dapat memfilter harmonisa di atas frekuensi tertentu frequency bandwidth.

Gambar 2.8. Model filter pasif

Filter pasif secara ekonomi relatif murah dibandingkan dengan metoda lain untuk meredam distorsi harmonisa. Bagaimanapun, mereka mempunyai kelemahan atau kerugian karena berpotensi saling berinteraksi dengan sistem tenaga, dan penting sekali untuk menganalisa semua interaksi sistem yang mungkin terjadi saat mereka dirancang. Filter pasif bekerja sangat efisien bila filter tersebut dipasang dilokasi pembangkit harmonisa (beban non linier). Frekuensi resonansi harus dihindari dari setiap harmonisa atau pada frekuensi harmonisa lain yang dihasilkan oleh beban. Filter umumnya di tuning lebih rendah dari frekuensi harmonisa untuk keamanan sistem. Rancangan filter fasif harus mempertimbangkan perkembangan sumber arus harmonisa atau konfigurasi dari

(51)

beban sebab akan menyebabkan beban lebih yang dapat berkembang menjadi panas yang berlebihan. Perancangan filter pasif memerlukan suatu pengetahuan yang tepat dari beban pembangkit harmonisa pada sistem tenaga. Banyak simulasi yang dilakukan untuk menguji kriteria di bawah kondisi beban yang berubah sesuai topologi jaringan tersebut [13][18]:

1. Double tuned filter adalah filter harmonisa yang terdiri 2 buah single tuned filter yang digunakan untuk mengurangi harmonisa 2 buah orde harmonisa diantara orde harmonisa yang ada. Didalam perhitungan penentuan nilai Ldan C mengacu pada 2 buah orde harmonisa tersebut. 2. Third-orde filter adalah jenis filter high pass yang digunakan hanya

melewatkan frekuensi diatas frekuensi cut-off juga. Third-orde high-pass

filter adalah filter frekuensi tinggi yang lebih efektif dalam filter, tetapi memiliki rugi-rugi daya yang lebih besar dibanding second-orde high-pass

filter.

Filter pasif selalu menyediakan kompensasi daya reaktif sampai batas tertentu sesuai besar Volt-Ampere dan tegangan dari bank kapasitor yang digunakan, mereka dapat dirancang untuk dua tujuan yaitu sebagai filter dan kompensasi faktor daya yang diinginkan. Jika saringan lebih dari satu digunakan sebagai contoh, sebuah double tuned filter untuk harmonisa ke 5 dan sebuah lagi untuk harmonisa ke 7, atau harmonisa ke 11 dan ke 13. yang terpenting yang perlu

(52)

diingat bahwa filter pasif menyediakan kompensasi daya reaktif. Filter pasif merupakan suatu kombinasi rangkaian seri sebuah induktansi dan sebuah kapasitansi. Pada kenyataannya, tidak ada sebuah resistor yang secara fisik dipasang, tapi dalam perhitungan resistor selalu ada dalam rangkaian seri, tahanan dalam dari reaktor yang terhubung secara seri terkadang menimbulkan panas yang berlebih pada filter. Semua arus harmonisa pada frekuensi bersamaan dengan

tuned filter akan didapat impedansi rendah yang melalui filter tersebut.

2.11. Single-tuned passive filter

Merancang single-tuned passive filter adalah kombinasi seri induktansi dan kapasitansi. Pada kenyataannya, dengan tidak adanya resistor secara fisik dirancang, akan ada selalu menjadi hambatan seri, yang merupakan resitensi

intrinsik dari reaktor seri kadang-kadang digunakan sebagai sarana untuk menghindari overheating filter. Semua frekuensi harmonik arus yang bertepatan dengan filter single-tuned akan menemukan jalur impedansi rendah melalui filter [13].

a. Untuk menentukan kebutuhan daya reaktif dapat digambarkan dalam bentuk segitiga daya seperti Pada Gambar 2.9:

(53)

Gambar 2.9. Vektor segitiga daya untuk menentukan kebutuhan daya reaktif Q [18]

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 pada Persamaan (2.8):

Daya Reaktif (Q) = Daya Aktif (P) x tan φ...(2.8) Dengan merujuk vektor segitiga daya pada gambar 2.9 maka daya reaktif dapat dituliskan pada Persamaan (2.9) dan (2.10):

Daya reaktif pada PF awal yaitu :

Q1 = P x tan φ1 ...(2.9) Daya reaktif pada PF diperbaiki yaitu :

Q2 = P x tan φ2 ...(2.10) Menentukan ukuran kapasitas kapasitor Qc berdasarkan kebutuhan daya reaktif untuk perbaikan faktor daya. Daya reaktif kapasitor pada Persamaan (2.11):

(54)

=

−1

�

₁ −1

�

₂

...(2.11) dimana :

P = beban (kW)

�1 = faktor daya mula-mula sebelum diperbaiki

�2 = faktor daya setelah diperbaiki

b. Menentukan Reaktansi kapasitor pada Persamaan (2.12):

�

=

�2 ...(2.12) c. Menentukan kapasitansi dari kapasitor pada Persamaan (2.13):

C = 1

2 �� ...(2.13)

d. Menentukan Reaktansi Induktif dari Induktor pada Persamaan (2.14):

�

_�₌� ℎ2

...(2.14)

e. Menentukan Induktansi dari Induktor pada Persamaan (2.15):

L = ��

2 � � ... (2.15)

f. Menentukan reaktansi karakteristik dari filter pada orde tuning pada Persamaan (2.16):

(55)

g. Menentukan Tahanan (R) dari induktor pada Persamaan (2.17):

R = �

...(2.17)

Atau

Ra =

2� × � × × �

dan Rb =

2� × � × × �

..(2.18)

2.12 Double Tuned Filter

Double tuned passive filter mempunyai nilai impedamsi yang kecil jika frekuensinya besar. Sehingga filter ini harus mempertimbangkan parameter kaitannya dengan frekuensi harmonisa. Bebarapa aspek berkaitan dengan faktor kualitas pada single tuned filter yaitu:

1. Tahanan R pada filter harmonisa single tuned filter adalah nilai tahanan dari kumparan reaktor.

2. Tahanan R dapat juga digunakan untuk setiap faktor kualitas dari filterdan menyediakan suatu cara untuk mengendalikan jumlah arus harmonisa yang diinginkan yang melaluinya.

3. Besar nilai Q menyiratkan mengenai frekuensi resonansi filter dan oleh karena itu filterdilakukan pada nilai paling besar dari frekuensi harmonisa. Gambar 2.10 menunjukkan gambar rangkaian ekivalen Double tuned filter

(56)

Gambar 2.10. Double tuned passive filter [19]

Single tuned filter yang terdiri dari kapasitor (C) dihubung seri dengan induktor (L) dan tahanan (R). Penggunaan double tuned filter yaitu[ 19][20]:

1. Biasanya digunakan pada High Voltage Direct Current (HVDC) stasiun modern pada sistem tegangan tinggi dimana kapasitor utama C1 lebih besar agar lebih mudah untuk mengoptimalkan biaya /kVAR.

2. Menurunkan pembangkitan daya reaktif di cabang transmisi tenaga yang lebih rendah.

(57)

3. Masing-Masing filter pada dua harmonisa untuk mengurangi filter

cabang dan rugi-rugi filter. Karakteristik impedansi terhadap frekuensi harmonisa dapat dilihat pada Gambar 2.11.

Gambar 2.11. Karakteristik impedansi double tuned passive filter

Dari Gambar 2.11 terlihat impedansi paling rendah kondisi sekitar harmonisa orde ke 11 dan 13 yaitu pada frekuensi 550 dan 650 Hz. Jika Pada frekuensi tersebut parameter filter tidak diperhatikan maka akan mengakibatkan sistem mengalami beban besar atau hubung singkat. Setiap filtermemiliki kelebihan dan kelemahan dalam melakukan peredaman harmonisa pada sistem.

Kelebihan dari double tuned passive filteryaitu:

1. Terjadi resonansi pada impedansi yang sangat rendah. 2. Sangat effisien pada daerah frekuensi yang sempit.

(58)

3. Single tuned filter secara normal mampu mengeliminasi frekuensi harmonisa yang paling besar yaitu harmonisa ke 11 dan 13.

4. Lebih sensitif terhadap tuning yang tidak tepat.

5. Dengan memberikan kapasitor utama yang besar maka kerja filter lebih optimal dan menurunkan biaya kVAR.

6. Double tuned filter merupakan model filter yang sederhana, dengan criteria yang baik.

Kelemahan dari double tuned passive filter yaitu:

1. Membutuhkan kVAR yang tinggi untuk mencapai performance yang sama seperti single tuned filter.

2. Terjadi rugi-rugi daya tambahan pada resistor yang dipasang. Langkah merancang double tuned passive filter yaitu:

a. Menentukan nilai kapasitansi ΔQ untuk memperbaiki faktor daya, perbaikan faktor daya umumnya sekitaran 0,95 atau lebih tinggi lagi pada Persamaan (2.19):

ΔQ = P(tan φ awal –tan φ target)......(2.19)

b. Menghitung reaktansi kapasitor pada frekuensi fundamental yaitu pada Persamaan (2.20) :

XC1 =

�2

(59)

Sehingga C1 diperoleh pada Persamaan (2.21) :

C1 =

2��

......(2.21)

Selanjutnya daya reaktif Qc dibagi untuk orde 3 dan 5 yaitu Qa dan Qb dengan demikian nilai reaktansi masing-masing orde harmonisa menjadi pada Persamaan (2.22):

XCa =

�2

∆ dan XCb =

�2

∆ ...(2.22)

Nilai kapasitor yaitu pada Persamaan (2.23) :

Ca =

2�� dan Cb = 1

2�� ...(2.23)

Sehingga pada Persamaan (2.24) :

C1 = Ca + Cb ...(2.24)

c. Menghitung nilai reaktor yang digunakan untuk meredam harmonisa ke-n pada Persamaan (2.25):

(60)

Dengan demikian nilai XL untuk orde 3 (XLa) dan orde 5 (XLb) masingmasing yaitu pada Persamaan (2.26):

XLa =

��

2 dan XLb =

��

2 ...(2.26)

Nilai induktansi masing-masing orde harmonisa yaitu pada Persamaan (2.27):

La =

��

2�� dan Lb = ��

2�� ...(2.27)

Sehingga diperoleh nilai L1 pada rangkaian ekivalen double tuned yaitu pada Persamaan (2.28) berikut[21]:

L1 =

� �

� +� ...(2.28)

d. Menghitung tahanan reaktor untuk menentukan nilai faktor kualitas Q, dimana pada Persamaan (2.29) dan (2.30):

R = � ...(2.29) Atau

R

=

2� × � × × �

dan R

=

2� × � × × �

(61)

Menentukan nilai tahanan R1 yaitu pada Persamaan (2.31):

R1 =

2� × � × �₁

...(2.31)

dan nilai Q diambil sebesar 100 untuk menentukan nilai R2 dari rangkaian

ekivalen double tuned yaitu pada Persamaan (2.32):

R2 = Ra

2_{( 1}_−�2₎

(1+ )2(1+ 2)

−

( 1−�2)

(1+ )2(1+ 2)

+

(1− )( 1−�2)

(1+ )2(1+ 2) ...(2.32)

e. Menentukan kapasitas C2 yaitu pada Persamaan (2.33):

C2 =

� � � +� (� +� )2

( � � −� � )2 ...(2.33)

f. Besar L2 yaitu pada Persamaan (2.34):

L2 =

( � � −� � )2

(� +� )2 � +� ...(2.34)

g. Menentukan R3 yaitu pada Persamaan (2.35):

R3 = -Ra

2_�4_{( 1}_−�2₎

(1+ )2(1+ 2)

+

( 1−�2)

(1+ )2(1+ 2)

+

( 1−�2)( 1− �2)

(62)

Dimana nilai

a

dan nilai X yaitu pada Persamaan (2.36) dan (2.37):

a =

�

� .......(2.36)

=

� �

(63)

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 peralatan X-ray. Hasil pengukuran berupa nilai harmonisa tegangan (IHDv) dan harmonisa arus (IHDi). Filter yang digunakan berupa Filter Pasif (Single-Tuned dan Doubel-Tuned Passive Filter), selanjutnya dilakukan perhitungan untuk menentukan parameter Single-Tuned dan Doubel-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

IEC 61000-3-2 Kelas D.

3.1 Teknis Pengukuran Yang Dilakukan

Perancangan filter akan dilakukan setelah melakukan pengukuran pada peralatan X-ray untuk mengetahui besar nilai harmonisa yang terkandung didalamnya. Pengukuran dan pengambilan data dilakukan di Medan. Pengukuran

(64)

dan pengambilan data, peneliti akan merancang Single-Tuned dan Doubel-Tuned Passive Filter. Dengan objek penelitian berupa tingkat individual distorsi harmonisa arus (IHDi) yang melebihi standart IEC 61000-3-2 kelas D. Pengukuran menggunakan alat ukur Fluke 43B Power Quality Analyzer. Diagram satu garis pengukuran yang dilakukan pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1. Pengukuran X-Ray Mobile 100 mA dengan 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

(65)

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 dari sumber ke pengukuran peralatan X-Ray digunakan kabel jenis NYM 3 X 2,5 mm2 sepanjang 34 m sesuai ukuran penggunaan diperoleh dari standar kabel diperlihatkan pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1. Impedansi kabel saluran

Jenis kabel

Luas penampang

(mm2)

Resistasi (r) (�/km)

Reaktansi (x) (�/km)

Impedansi kabel (z) (�)

NYM 32,5 7,41 0,104 0,25194+j0,003536

3.2 Teknik Analisa Data

Teknik analisa data yang dilakukan untuk perancangan Single-Tuned dan Doubel-Tuned Passive Filter dimulai dari pengumpulan data, pengukuran data dan selanjutnya menghitung parameter filter yang akan digunakan untuk meredam harmonisa. Hasil pengukuran digunakan sebagai acuan dalam menentukan parameter filter yaitu kebutuhan kapasitor (C), induktor (L) dan resistor (R). Kapasitor, induktor, dan resistor ini akan dihubungkan secara seri. Pada Tabel 3.5 diperlihatkan perbandingan besar arus harmonisa antara hasil pengukuran dan standar IEC 61000-3-2 kelas D, dimana arus harmonisa dari hasil pengukuran dikategorikan sesuai atau tidak sesuai standar IEC 61000-3-2 kelas D.

(66)

Data hasil pengukuran berupa harmonisa arus dan harmonisa tegangan dari tiap orde harmonisa digunakan dalam memodelkan beban non linier pada peralatan X-Ray dan Single-Tuned dan Doubel-Tuned Passive Filter, dapat dilihat pada Gambar 3.2.,3.3., 3.4., Diagram satu garisnya dan juga nantinya model ini akan disimulasikan dengan program MATLAB/Simulink. Hasil dari simulasi ini akan memperlihatkan seberapa besar Single-Tuned dan Doubel-Tuned Passive Filter dapat mengurangi besarnya nilai harmonisa yang ditimbulkan pada peralatan X-Ray.

Nilai harmonisa setelah pemasangan filter akan dibandingkan dengan standar IEC 61000-3- 2. Jika berada pada standar maka Single-Tuned dan Doubel-Tuned Passive Filter ini dapat digunakan untuk mengurangi besarnya harmonisa pada peralatan X-Ray.

(67)

Gambar 3.3. Diagram saaris pemasangan Doubel-Tuned Passive Filter

Gambar 3.4. Diagram satu garis penggabungan Single-Tuned Passive Filter dan Doubel-Tuned Passive Filter

3.3 Data Pengukuran

Berikut ini merupakan data yang akan diambil dari Pengukuran X-Ray Mobile 100 mA yang diukur melalui alat Fluke 43B Power Quality Analyzer.

(68)

Tabel 3.2. Data pengukuran X-Ray Mobile 100 mA

Parameter Satuan Hasil

Pengukuran

U (Phase Voltage) Volt 200,2

I (Phase Current) Ampere 2,51

S (Apparent Power) KVA 0,45

P (Active Power) KW 0,34

Q (Reaktife Power) KVAR 0,30

PF (Power Factor) 0,74

Frekuensi Hz 50,2

THDv % 3,4

THDi % 64,9

Pada Tabel 3.3 dapat dilihat data hasil pengukuran individual distorsi harmonisa arus (IHDi) dari setiap orde harmonisa. Orde harmonisa yang ditampilkan adalah orde harmonisa dari orde ke-1 sampai dengan orde ke-39 dengan nilai yang berbeda untuk setiap harmonisa, yang ditampilkan dalam bentuk gelombang dan spektrum, seperti pada lampiran A. Jika dibandingkan dengan standar IEC 61000- 3-2 Kelas D, maka ada orde harmonisa arus (IHDi) peralatan sinar-X hasil pengukuran yang tidak sesuai dengan standar.

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 3.4.

(69)

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 = 200,2 Volt dan frekuensi 50 Hz.

2. Klik AC Current Source I ( = 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= 1,56 µF

4. Klik Series RLC Branch3, pilih sebuah induktor kemudian masukkan nilai

L = 0,07 H

5. Klik Series RLC Branch3, pilih sebuah resistor kemudian masukkan nilai R = 0,75 Ω

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

Keterangan:

Untuk Langkah No. 3,4,5 ini dilakukan pada saat merancang / membuat Filter pada simulasi program MATLAB/Simulink.

(70)

Gambar 3.5. Rangkaian simulasi menggunakan program MATLAB/Simulink.

Rangkaian simulasi pada Gambar 3.5 disimulasikan menggunakan program MATLAB/Simulink. Rangkaian simulasi tersebut terdiri dari individual distorsi harmonisa arus (IHDi) orde ke-1 sampai dengan orde ke-39. Data pada individual distorsi harmonisa arus didapat dari hasil pengukuran peralatan X-Ray yang telah dilakukan, ditunjukan oleh Gambar 3.6:

Gambar 3.6. Data Hasil Simulasi Matlab Sebelum Pemasangan Filter

Bentuk gelombang arus dan tegangan diperoleh dari Block Power GUI bagian

Fast Fourier Transform (FFT) Analysis. Hasil simulasi dari rangkaian Gambar 3.5 diperoleh grafik keluaran arus dan tegangan seperti Gambar 3.7:

(71)

(a) Grafik Tegangan

(b) Grafik Arus

Gambar 3.7. Grafik tegangan dan arus sebelum pemasangan filter

Spektrum harmonisa dari hasil simulasi sebelum pemasangan filter pada Gambar 3.5 ditunjukkan oleh Gambar 3.8:

(72)

(a) Spektrum Tegangan

(b) Spektrum arus

Gambar 3.8. Spektrum Tegangan dan Arus Sebelum Pemasangan Filter

Dari hasil simulasi dan spektrum harmonisa arus peralatan X-Ray diperoleh arus harmonisa orde ke-1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 29, 31, 33, 35, 37, dan ke-39 dalam besaran maksimum. Nilai tersebut dibandingkan dengan standar IEC 61000-3-2 kelas D sehingga diperoleh Tabel 3.6:

(73)

Tabel 3.6. Data hasil simulasi sebelum pemasangan filter

Harmonisa ke (n)

Arus Harmonisa Pengukuran IHDi

(mA)

Arus Harmonisa Sebelum Pemasangan

filter (mA)

3 1909 1689

5 1143 1002

7 266 237

9 282 245

11 323 278

13 177 156

15 92 77

17 123 103

19 123 102

21 63 50

23 66 58

25 82 66

27 44 33

29 38 32

31 47 40

33 22 16

35 22 16

37 3 15

39 3 8

Pada Tabel 3.6. Klasifikasi arus harmonisa pengukuran sebelum pemasangan filter.

3.4. Klasifikasi Arus Harmonisa pada peralatan X-Ray Berdasarkan Standar IEC 61000-3- 2 Kelas D

Hasil pengukuran yang diperoleh dari peralatan X-Ray menunjukan orde harmonisa yang tidak sesuai Standar Internasional Elektrotechnical Commission

(74)

Klasifikasi arus harmonisa pengukuran berdasarkan Standart Internasional

Elektrotechnical Commission (IEC) 61000-3-2 Kelas D.

Tabel 3.7. Klasifikasi arus harmonisa sebelum pemasangan filter berdasarkan Standar IEC 61000-3-2 Kelas D

Harmonisa ke (n) Arus Harmonisa Pengukuran IHDi (mA) Arus Harmonisa Sebelum Pemasangan filter (mA) Batas Arus Harmonisa Maksimum yang diizinkan (mA/W) 75 < P < 600 Watt

Keterangan

3 1909 1689 1156 Tidak Sesuai

5 1143 1002 646 Tidak Sesuai

7 266 237 340 Sesuai

9 282 245 170 Tidak Sesuai

11 323 278 119 Tidak Sesuai

13 177 156 101 Tidak Sesuai

15 92 77 87 Tidak Sesuai

17 123 103 77 Tidak Sesuai

19 123 102 69 Tidak Sesuai

21 63 50 62 Sesuai

23 66 58 57 Tidak Sesuai

25 82 66 52 Tidak Sesuai

27 44 33 48 Sesuai

29 38 32 45 Sesuai

31 47 40 42 Sesuai

33 22 16 45 Sesuai

35 22 16 37 Sesuai

37 3 15 34 Sesuai

39 3 8 31 Sesuai

(75)

Standar IEC 61000-3-2 Kelas D, terlihat hasil pengukuran dan hasil simulasi sebelum pemasangan filter.

3.5. Perhitungan Single-Tuned Passive 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 peralatan X-Ray. Dari tabel 3.7 diperoleh orde harmonisa tidak sesuai dengan standart Internasional

Elektrotechnical Commission (IEC) 61000-3-2 Kelas D, diperoleh orde harmonisa

orde ke 3,5,9,11,13,15,17,19,23 dan 25 tidak sesuai dengan standart Internasional Elektrotechnical Commission (IEC) 61000-3-2 Kelas D, oleh karena itu Filter

Single-Tuned Passive Filter digunakan untuk mereduksi harmonisa tersebut. Untuk menentukan nilai Kapasitor (C), Induktor (L) dan Resistor (R) dari Single-Tuned Passive Filter digunakan Persamaan (2.11) sampai dengan Persamaan (2.17), dan nilai dasar perhitungan diperoleh dari data hasil pengukuran untuk peralatan X-Ray yang dapat dilihat pada Tabel 3.2. Data hasil pengukuran peralatan X-Ray untuk harmonisa orde ke-3 adalah sebagai berikut:

Tegangan RMS pengukuran (V) = 200,2 Volt Arus RMS pengukuran (I) = 2,51Ampere Daya Aktif (P) = 0,34 KW

(76)

Faktor Daya (pf1) = 0,74 Frekuensi = 50,2 Hz

Q

= P { tan ( Cos

-1

p f

)

–

tan ( Cos

-1

p f

)}

Maka

Q

= 340{ tan ( Cos

-1

(0.74) )

–

tan ( Cos

-1

(0,95)}

Q

= 340{ tan (0,7377259))

–

tan (18,194))}

Q

= 340{(0,09088))

–

tan ( Cos

-1

(0.03286))}

Q

= 340 (0,5802)

Q

= 197,268 VAR

19 7

0,197

KVAR

Oleh karena Single-Tuned Passive Filter yang digunakan adalah untuk orde harmonisa ke-5. Dengan menggunakan Persamaan (2.12) dan (2.13), besar reaktansi kapasitif dan kapasitansi dari Single-Tuned Passive Filter orde-5 adalah:

�

=

� 2

�

=

200.22

(77)

C = 1

2 ��

C = 1

2 .3,14.50.203,45

C = 1,56 X 10-6 F

C= 1,56 µF

Nilai capasitor yang ada dipasaran sebesar 2 µF

Dengan menggunakan Persamaan (2.14) dan (2.15), besar reaktansi induktif daninduktansi dari Filter Single-Tuned Passive Filter orde-5 adalah:

�

_�₌� ℎ2

�

_�₌203,45 32

�

� =22.6 Ω

L =

��

2 ��

L =

22.6

2.3,14 .50

L = 0,07 H

Dengan menggunakan faktor kualitas Passive Single-Tuned Filter (Q) = dari 30 sampai 100, maka yang dipakai untuk faktor kualitas Passive Single-Tuned Filter

(78)

orde-5 (Q) = 90, dengan menggunakan Persamaan (2.16) dan (2.17), besar resistor

Passive Single-Tuned Filter orde-3 adalah:

R = �

R = ℎ . ��

3 . 22,6 90

R = 0,75 �

Dari perhitungan diatas diperoleh parameter Passive Single-Tuned Filter adalah

C = 1,56 µF, L = 0,07 H, R = 0,75 Ω

3.6. Rangkaian Simulasi Setelah Pemasangan Single-Tuned Passive Filter

Rangkaian simulasi Single-Tuned Passive Filter pada Gambar 3.9 disimulasikan menggunakan program MATLAB/Simulink. Rangkaian simulasi tersebut terdiri dari satu buah Single-Tuned Passive Filter, sebuah resistor dan individual distorsi harmonisa arus (IHDi) orde ke-1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 29, 31, 33, 35, 37, dan ke-39. 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 pada Gambar 4.1 mewakili nilai arus

(1)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Manumpil, Godfried Bastian, Pengurangan Harmonisa Pada Sistem Distribusi Listrik. Universitas Trisakti Jakarta. 2000.

[2] Yusuf Nampira, L Narko Wibowo, Rosika Krisnawati, Nudia Barenzani Pengaruh Tegangan Dan Kuat Arus Listrik Sumber Sinar-X. Pada Analisis Unsur Dalam Paduan Zirkonium Dengan Cara Flu, Oresensi Sinar-X Pusbangtek Bahan Bakar Nukjir Dan Daur Ulang-Batan. Kawasan Puspiptek. Serpong, Tangerang 2000. [3] Sujatno, Sigit Bachtiar Analisis Tegangan Tinggi Pada Sinar X PRPN

BATAN Kawasan Puspiptek - Serpong ISSN : 1411-0296 November 2011

[4] Evi Yufita, Rini Safitri Analysis Output Tolerance Limits X-Ray Machine Diagnostic FMIPA Universitas Syiah Kuala Jurnal Natural Vol. 12, No. 1, 2012

[5] By Lauriston S. Taylor and K. L. Tucker The Comparison Of High Voltage X Ray Generators Jour.Research,vol.5,p.517,2011

[6] Danijela Arandjic, Dusko Kosutic, Djordje Lazarevic Patient Protection in Dental Radiology Influence of EXposure Time on Patient Dose

(2)

SERBIAN Journal Of Electrical Engineering Vol. 6, No. 3, December 2009, 489 – 494

[7] De La Rosa, Fransisco, Harmonics And Power SystemsDistribution Control Systems, Inc. Hazelwood, Missouri, U.S.A, 2006

[8] J.L. Hernández, MA. Castro, J . Carpio and A. Colmenar, Harmonics in Power Systems.International Confrence Renewable Energies and Power Quality, 15th-17th, April, 2009

[9] Schneider Electric Industries SAS, “Low Voltage Expert Guides of Harmonic

Detection and Filtering”, Schneider Electric, 2008.

[10] A.Priyadharsani, N.Devarajan, AR.Umasaranya, R.Anitt , Survey of Harmonics In Non Linear Loads, International Journal of Recent Tecnology and Enginering, April 2012.

[11] Supri Hardi, Yaman, Peredaman Harmonisa Dan Perbaikan Faktor Daya Aplikasi Beban Rumah Tangga,Jurnal Litek (ISSN: 1693-8097) Vol. 10 No 1: Hal. 35 - 42, Maret 2013.

[12] Haroon Farooq, Chengke Zhou, Mohamed Emad Farrag “Analyzing the Harmonic Distortion in a Distribution System Caused by the Non - Linear Residential Loads” International Journal of

(3)

[13] I Nengah Suweden, I Wayan Rinas, Analisa Penanggulangan THD Dengan FilterPasif Pada Sistem Kelistrikan Di Rsup Sanglah, Jurnal Teknologi Elektro Vol. 8 No.2 Juli - Desember 2009

[14] Jamaluddin K, Makalah Fisika Material X-Rd (X-Ray Diffractions) Program Studi Pendidikan Fisika Fakultas Keguruan Den Ilmu Pendidikan Universitas Haluo Kendari 2010.

[15] Sujatno dkk, Rancangan Sistem Catu Daya Dan Rumah Penangkap Citra Pada Pesawat Sinar-X Fluoroscopy Jurnal Perangkat Nuklir ISSN No. 1978-3515 Volume 05, Nomor 02, Nopember 2011

[16] G. Aswan Kumar M.Tech Scholar, Ch.R.Phani Kumar Rushikonda

Evaluation On X-Ray Exposur Parameters Considering Tube Voltage And Exposure Time International Journal of Engineering Science and Technology (IJEST) ISSN : 0975-5462 Vol. 3 No. 4 Apr 2011

[17] Heri Sungkowo, Perancangan Filter Pasif Single Tuned Filter Untuk Mereduksi Harmonisa Pada Beban Non Linier,Jurnal Eltek (ISSN1693-4024), Vol 11 No 1, April 2013

[18] Tribuana, N, Wanhar, “Pengaruh Harmonik Pada Transformator Distribusi 14 April 2008

[19] Schneider Electric Industries SAS, “Low Voltage Expert Guides of Harmonic

(4)

[20] Chen, C.I, and Chang, G.W, “Virtual Instrumentation and Educational Platform for Time-Varying Harmonic and Interharmonic

Detection”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 57,

No. 10, pp.3334-3342, October, 2010

[21] HE Yi-hong, SU Heng A New Method of Designing Double-tuned Filter Information Engineering College of Wu Yi University Jiangmen 529020, China.

(5)

LAMPIRAN

Gambar 1: X-RAY MOBILE 100mA

(6)

Gambar 3: Spektrum harmonisa THDi

Gambar 4: Spektrum harmonisa THDv