Analisis Kesesuaian Antara Single Tuned Filter Terhadap Filter Orde Tiga dalam Proses dalam Proses Minimalisasi Harmonisa pada Transformator 160 kVA di Gedung Rektorat – Puskom Universitas Malikussaleh Lholseumawe

ANALISIS KESESUAIAN ANTARA SINGLE TUNED FILTER TERHADAP FILTER ORDE TIGA DALAM PROSES MINIMALISASI

HARMONISA PADA TRANSFORMATOR 160 kVA DI GEDUNG REKTORAT – PUSKOM

UNIVERSITAS MALIKUSSALEH LHOKSEUMAWE

TESIS

Oleh:

MISBAHUL JANNAH 087034005/TE

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA M E D A N

ANALISIS KESESUAIAN ANTARA SINGLE TUNED FILTER TERHADAP FILTER ORDE TIGA DALAM PROSES MINIMALISASI

HARMONISA PADA TRANSFORMATOR 160 kVA DI GEDUNG REKTORAT – PUSKOM

UNIVERSITAS MALIKUSSALEH LHOKSEUMAWE

TESIS

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

Oleh Misbahul Jannah

087034005/TE

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Judul Penelitian : ANALISIS KESESUAIAN ANTARA SINGLE TUNED FILTER TERHADAP FILTER ORDE TIGA DALAM PROSES MINIMALISASI HARMONISA PADA TRANSFORMATOR 160 kVA DI GEDUNG REKTORAT – PUSKOM UNIVERSITAS MALIKUSSALEH LHOKSEUMAWE

Nama Mahasiswa : MISBAHUL JANNAH Nomor Induk : 087034005

Prohram Studi : Magister Teknik Elektro

Menyetujui Komisi Pembimbing

( Prof. Dr. Ir. Usman Baafai ) (Dr. Marwan Ramli, M. Si ) Ketua Anggota

Sekretaris Program Studi Dekan,

(Drs. Hasdari Helmi, MT) (Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME)

Telah Diuji pada

Tanggal: 11 Februari 2013

PANITIA PENGUJI TESIS

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

2. Ir. Refdinal Nazir, M.S. Ph.D 3. Prof. Dr. Tulus, M. Si

ABSTRAK

Beban non linier umumnya merupakan peralatan elektronik yang di dalamnya banyak mengandung komponen semikonduktor seperti Switching Power Supplies, UPS, computer, printer, LHE, DC drive, AC drive, battery charger dan lain sebagainya. Banyaknya penggunaan beban non linier akan menghasilkan harmonisa seperti yang terjadi pada transformator 160 kVA di gedung Rektorat – Puskom Universitas Malikussaleh Lhokseumawe. Pada pengukuran awal THDI yang terdeteksi adalah 20,7%. Hal ini menunjukkan bahwa THDI di atas standar yang diizinkan oleh IEEE

519 -1992. Oleh karena itu diperlukan filter dalam meminimalisasi harmonisa yang timbul. Hasil pemodelan dua buah filter pasif yaitu single tuned filter dan filter orde tiga, menghasilkan THDI menjadi 2,73% dan 9,40%. Berdasarkan hasil simulasi model dua buah filter pasif tersebut yang paling sesuain dipakai adalah single tuned filter untuk gedung Rektorat - Puskom Universitas Malikussaleh.

Kata kunci: harmonisa, filter single tuned, filter orde tiga, THD

         

ABSTRACT

Generally non linier load is an electronic device that consist of many semiconductor component such as switching power suppliers, UPS, computer, printer, LHE, DC drive, AC drive, battery charger, ect. The using of non linier load would be generate harmonics frequence that happen on transformer 160 kVA in Rectorat building-Puskom Malikussaleh University Lhokseumawe. In the first measurement THDI was detected 20, 7%. This case shows that THDI held in above

IEEE 519-1992 standart. Terefore, a filter was needed to minimize the effect of harmonics. The result of modeling two passive filters were single tuned filter and the third order filter that produced THDI became 2,73% and 9,4%. Based on the

simulation both of two passive filters shows that the single tuned filter was very acceptable in Rectorat building-Puskom Malikussaleh University.

The keyword: harmonics, single tuned filter, the third order filter, THD

                         

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat ALLAH SWT atas Rahmat dan Hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tesis ini dengan judul: ANALISIS KESESUAIAN ANTARA SINGLE TUNED FILTER TERHADAP FILTER ORDE TIGA DALAM PROSES DALAM PROSES MINIMALISASI HARMONISA PADA TRANSFORMATOR 160 kVA DI GEDUNG REKTORAT – PUSKOM UNIVERSITAS MALIKUSSALEH LHOKSEUMAWE yang merupakan salah satu prasyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Pascasarjana di Program Studi Magister Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara.

Penulis terutama sekali mengucapkan terima kasih kepada ayahanda terkasih H. Syuib Nursyah, SH, ibunda tersayang Hj. Hafsah Muhammad, suami tercinta Fajri, M. Kasim, M. Soc. Sc dan mutiara hati tersayang Muhammad Humam Habibie dan Muhammad Hanif Habibie serta kakak-kakak dan adik-adik atas doa dan dorongan batin yang tak ternilai harganya.

Penulis juga mengucapkan terima kasih yang tak terhingga dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai, Bapak DR. Marwan Ramli, M.Si, selaku pembimbing atas segala saran, bimbingan dan nasehatnya selama penulisan ini berlangsung.

Terima kasih juga disampaikan kepada Bapak Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM &H, M.Sc (CTM), Sp.A(K), selaku Rektor Universitas Sumatera Utara atas

kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada kami untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan program Magister, dan kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Semoga tulisan ini dapat memberikan manfaat yang berguna bagi penulis dan kita semua.

Medan, Februari 2013

DAFTAR RIWAYAT HIDUP Saya yang bertanda tangan dibawah ini:

Nama : Misbahul Jannah Jenis kelamin : Perempuan

Agama : Islam

Alamat : Jl. Syafiatuddin No 25 Bukit Panggoi Indah

Lhokseumawe, Aceh

PENDIDIKAN:

1. Tamatan MIN Lhokseumawe, Aceh Tahun 1990 2. Tamatan MTsN Gandapura, Aceh Tahun 1993 3. Tamatan SMAN 1 Lhokseumawe , Aceh Tahun 1996 4. Politeknik Negeri Lhokseumawe, Aceh Tahun 1999 5. Universitas Sumatera Utara, Medan Tahun 2003

PEKERJAAN:

1. Dosen Teknik Elektro - Universitas Malikussaleh Lhokseumawe

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

Medan, 11 Februari 2013

DAFTAR ISI

Halaman ABSTRAK………...

ABSTRACT……… KATA PENGANTAR……… DAFTAR RIWAYAT HIDUP………... DAFTAR ISI……….…….. DAFTAR TABEL……….…….. DAFTAR GAMBAR………..……… BAB 1 PENDAHULUAN……….…… 1.1. Latar Belakang……….……. 1.2. Perumusan Masalah……….….…… 1.3. Batasan Masalah……….………..…… 1.4. Tujuan Penelitian...……….…………..… 1.5. Manfaat Penulisan………...………..… 1.6. Sistematika Penulisan………... TINJAUAN PUSTAKA……….…..

2.1. Harmonisa………..……….………..… 2.1.1. Sumber Harmonisa ………...……. 2.1.2. Orde Harmonisa ……… 2.2. Indeks Harmonisa………...……..

2.2.1. Total Harmonic Distorsion……….……… 2.2.2. Total Demand Distorsion………...……..

2.3. Pengaruh Harmonisa.………..……….. 2.3.1. Efek Harmonisa Pada Transformator.…..…………. 2.4. Filter Pasif……….………….…………

2.5. Resonansi………..………… 2.5.1. Resonansi Seri..……….………

i ii iii v vi ix x 1 1 1 5 6 6 6 7 7 11 13 14 14 15 17 19 20 20 23 25

2.5.2. Resonansi Paralel……….. …..….………... 2.6. Single Tuned Filter.……….. 2.6.1. Factor Detuning………..… 2.6.2. Perancangan Single Tuned Filter….….……….……

2.7. Filter Pasif Orde Tiga……….………..…. 2.7.1. Perancangan Filter Pasif Orde Tiga…..……….……. 2.8 Perhitungan Hubung Singkat Dan Batas Harmonisa………. 2.8.1. Perhitungan Hubung Singkat………...

2.8.2. Perhitungan Short Circuit Rasio………...…………...

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN……….

3.1. Data Pemakaian Beban Di Gedung Rektorat Dan Puskom Universitas Malikussaleh……… 3.2. Teknik Pengukuran Yang Dilakukan……….. 3.3. Teknik Analisa Data………...……….…… 3.4. Data Spesifikasi Transformator Dan Kabel………..…..

3.5. Data Pengukuran Di Panel Utama Dengan METREL....…… 3.6. Perhitungan Hubung Singkat dan Batas Harmonisa………. 3.7. Perhitunngan Single Tuned Filter………...

3.7.1. Menentukan Kebutuhan Kapasitor Sebagai Perbaikan Faktor Daya………. 3.7.2. Menentukan Parameter Induktor L………. 3.8. Perhitungan Filter Orde Tiga……….. 3.8.1. Menentukan Kebutuhan Kapasitor Sebagai Perbaikan Faktor Daya………...………….. 3.8.2. Menentukan Parameter Induktor L………... 3.8.3. Menentukan Parameter resistor R Filter……….. 3.9. Simulasi Matlab Dengan Menggunkan Single Tuned Filter

Dan Filter Orde Tiga………... 3.9.1. Hasil Simulasi Single Tuned Filter………... 3.9.2. Hasil Simulasi Filter Orde Tiga……… BAB IV HASIL DAN ANALISIS……….

4.1. Hasil………. 4.2. Pembahasan.……… BAB V KESIMPULAN DAN SARAN……….. 5.1. Kesimpulan……….. 5.2. Saran……… 38 30 32 34 34 36 36 37 38 38 40 41 42 43 50 53 53 54 55 55 57 58 59 60 63 69 69 71 73 73 74

DAFTAR PUSTAKA. LAMPIRAN

75

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

1.1. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4 3.5. 3.6. 3.7. 4.1.

Perbandingan Penelitian Terdahulu Dengan Penelitian Yang dilakukan Penulis………. Tabel Frekuensi dan Kelipatannya……….. Jenis Peralatan Terhadap THDI yang diBangkitkan..………….. Standart harmonisa Arus……….. Standart Harmonisa Tegangan…………..………. Urutan Dari Komponen Harmonisa……… Pengaruh Dari Polaritas Komponen Harmonisa………. Rekapitulasi Beban Terpasang Di Gedung Rektorat Dan Puskom Universitas Malikussaleh………... Impedansi Kabel Saluran………. Data Hasil Pengukuran tegangan fasa……….. Data Hasil Pengukuran Tegangan Dan Arus Harmonisa Orde n……….... Impedansi Dan Parameter Filter………... Data Hasil Pengukuran Matlab/ Simulink Tegangan Dan Arus Harmonisa Orde n Setelah Menggunakan Single Tuned Filter...

Data Hasil Pengukuran Matlab/ Simulink Tegangan Dan Arus Harmonisa Orde n Setelah Menggunakan filter Orde

Tiga………. Harmonisa Kondisi Sebelum Dan Kondisi Setelah

4 11 13 16 17 19 19 40 43 44 45 59 47 67 68 69

Menggunakan Single Tuned Filter Dan Filter Orde Tiga………

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 2.8. 2.9. 2.10. 2.11. 2.12. 2.13. 2.14. 3.1. 3.2.

Bentuk Gelombang Yang Dihasilkan Dari Penjumlahan Gelombang Fundamental Dan harmonisa Ke Tiga…..………... Karakteristik Gelombang Arus pada Beban Linier………. Karakteristik Gelombang Arus pada Beban Non Linier………. Tipe dari Rangkaian Filter Pasif...……….………... Arus Harmonisa Mengalir Menuju Sumber Tegangan…….…... Arus Harmonisa Sebagian Mengalir Menuju

Kapasitor………..

Rangkaian Resonansi Seri……… Impedansi vs Frekuensi Untuk Resonansi Seri………... Sistem Distribusi Tenaga listrik Yang Berpotensi Resonansi Seri……….……….. Rangkaian Resonansi Paralel……….……….. Impedansi VS Frekwensi Untuk Resonansi Paralel.……… Sistem Distribusi Tenaga Listrik Yang Berpotensi Resonansi Paralel………..

Single Tuned Filter……….………... Filter Pasif Orde Tiga……..………... Diagram satu Garis Sistem Kelistrikan Unimal………..

8 11 12 20 21 22 23 24 25 25 27 27 28 34 39

3.3. 3.4. 3.5. 3.6. 3.7. 3.8. 3.9. 3.10. 3.11. 3.12. 3.13. 3.14. 3.15. 3.16. 4.1.

Titik Pengukuran Panel Utama Di Gedung Rektorat Dan Puskom……….. Rangkaian Ekivalen Perhitungan Hubung Singkat……….. Hasil Pengukuran Bentuk Gelombang Arus Tiga fasa………… Hasil Pengukuran Bentuk Gelombang Arus Pada Fasa R...

Hasil Pengukuran bentuk Gelombang Arus Pada Fasa S……….

Hasil Pengukuran Bentuk Gelombang Arus Pada Fasa T………

Bentuk Gelombang Arus Hasil Pengukuran Dengan THDI Sebesar 20.17% Dengan Arus RMS 90,874……… Rangkaian Simulasi Single Tuned Filter……….. Bentuk Gelombang Arus Dan Bentuk Spektrum Setelah Menggunakan Single Tuned Filter………... Bentuk Gelombang Tegangan Dan Bentuk Spektrum Setelah Menggunakan Single Tuned Filter……… Nilai Faktor Daya Setelah Menggunakan Single Tuned Filter…

Rangkaian Simulasi Filter Orde Tiga………... Bentuk Gelombang Arus Dan Spektrum Setelah Menggunakan Filter Orde Tiga……… Bentuk Gelombang Tegangan Dan Bentuk Spektrum Setelah Menggunakan Filter Orde Tiga……… Nilai Faktor Daya Setelah Menggunakan Filter Orde Tiga…….

Perbandingan Bentuk Gelombang Dan Spektrum Hasil Pengukuran Langsung Dengan Hasil Simulasi Matlab/ Simulink Untuk Arus………

41 42 47 47 48 48 49 62 62 62 63 63 65 66 66 70

ABSTRAK

Beban non linier umumnya merupakan peralatan elektronik yang di dalamnya banyak mengandung komponen semikonduktor seperti Switching Power Supplies, UPS, computer, printer, LHE, DC drive, AC drive, battery charger dan lain sebagainya. Banyaknya penggunaan beban non linier akan menghasilkan harmonisa seperti yang terjadi pada transformator 160 kVA di gedung Rektorat – Puskom Universitas Malikussaleh Lhokseumawe. Pada pengukuran awal THDI yang terdeteksi adalah 20,7%. Hal ini menunjukkan bahwa THDI di atas standar yang diizinkan oleh IEEE

519 -1992. Oleh karena itu diperlukan filter dalam meminimalisasi harmonisa yang timbul. Hasil pemodelan dua buah filter pasif yaitu single tuned filter dan filter orde tiga, menghasilkan THDI menjadi 2,73% dan 9,40%. Berdasarkan hasil simulasi model dua buah filter pasif tersebut yang paling sesuain dipakai adalah single tuned filter untuk gedung Rektorat - Puskom Universitas Malikussaleh.

Kata kunci: harmonisa, filter single tuned, filter orde tiga, THD

         

ABSTRACT

Generally non linier load is an electronic device that consist of many semiconductor component such as switching power suppliers, UPS, computer, printer, LHE, DC drive, AC drive, battery charger, ect. The using of non linier load would be generate harmonics frequence that happen on transformer 160 kVA in Rectorat building-Puskom Malikussaleh University Lhokseumawe. In the first measurement THDI was detected 20, 7%. This case shows that THDI held in above

IEEE 519-1992 standart. Terefore, a filter was needed to minimize the effect of harmonics. The result of modeling two passive filters were single tuned filter and the third order filter that produced THDI became 2,73% and 9,4%. Based on the

simulation both of two passive filters shows that the single tuned filter was very acceptable in Rectorat building-Puskom Malikussaleh University.

The keyword: harmonics, single tuned filter, the third order filter, THD

                         

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang 

Perkembangan teknologi telah mempengaruhi sistem tenaga listrik, hal ini  bisa dilihat dari banyaknya penggunaan peralatan listrik di setiap tempat. Seiring  dengan banyaknya penggunaan peralatan listrik maka akan mempengaruhi kualitas  sistem tenaga. Kualitas sistem tenaga berhubungan erat dengan kualitas daya 

(Power Quality).

Kualitas daya tidak hanya berkaitan dengan amplitudo tegangan suplai atau  frekuensi, tetapi juga bentuk gelombang arus dan tegangan. Kualitas daya yang  buruk salah satunya ditandai dengan tingginya kandungan harmonisa. 

Harmonisa merupakan suatu fenomena yang timbul dari pengoperasian  beban listrik yang sebagian besar disebabkan oleh beban non linier, dimana pada 

awalnya harmonisa adalah gejala pembentukan gelombang‐gelombang dengan  frekuensi yang berbeda yang merupakan perkalian bilangan bulat dengan frekuensi  fundamentalnya [1,2,3].  Sebagai contoh, frekuensi dasar suatu sistem tenaga listrik  adalah 50 Hz, maka harmonisa keduanya adalah gelombang dengan frekuensi  sebesar 100 Hz, harmonisa ketiga 150 Hz dan seterusnya. Gelombang ini kemudian 

menumpang pada gelombang aslinya sehingga terbentuk gelombang cacat yang  merupakan jumlah antara gelombang murni sesaat dengan gelombang 

harmonisanya.

Penyebab munculnya harmonisa disebabkan oleh banyaknya penggunaan  beban non linier. Beban linier dan beban non linear adalah dua jenis beban yang 

dikenal dalam sistem tenaga listrik. Beban linier adalah beban yang memberikan 

bentuk gelombang antara tegangan dan arus yang sama, artinya arus yang  mengalir berbanding lurus dengan tegangan dan berbanding terbalik dengan  impedansinya. Sementara itu beban non linier adalah bentuk gelombang keluaran 

yang tidak sama dengan tegangan masuk dalam setiap setengah siklus sehingga  bentuk gelombang arus maupun tegangan keluarannya tidak sama dengan  gelombang masukannya. Beban non linear pada umumnya merupakan peralatan 

elektronik yang didalamnya banyak terdapat saklar yang bekerja pada setiap siklus  gelombang dari sumber tegangan. Proses ini menghasilkan gelombang yang tidak 

sinusoidal.

Beban non linear juga merupakan  pembangkit harmonisa yang paling 

dominan di gedung Rektorat ‐ Puskom Universitas Malikussaleh Lhokseumawe  seperti Komputer, AC dan penerangan dengan total daya terpasang sebesar 95,44  kW. Penyebab faktor daya rendah yang paling dominan yaitu penerangan ballast 

Kemudian beban pendingin  udara dengan total daya terpasang sebesar 71,616 kW.  Pengukuran awal yang sudah dilakukan pada panel di lokasi penelitian dengan THDI  sebesar 20,7%. THDI tersebut jika mengacu terhadap standar IEEE 519‐1992 maka 

THDI pada pengukuran awal tersebut melebihi standart yang ditetapkan yaitu 

dibawah 5%. 

Diperlukan suatu peralatan untuk meminimalisasi harmonisa dalama  memperbaiki kualitas daya di gedung Rektorat‐Puskom Universitasa Malikussaleh  Lhokseumawe, kebanyakan  besar beban yang ada merupakan beban non linier.

 Diperlukan suatu peralatan untuk meminimalisasi harmonisa dalam  memperbaiki kualitas daya di gedung Rektorat ‐ Puskom Universitas Malikussaleh   Lhokseumawe, dimana sebagian besar beban yang digunakan merupakan  beban 

non linear.

Penggunaan filter pasif salah satu cara dalam meminimalisasi harmonisa.  Filter pasif mempunyai berbagai tipe. Pada umumnya tipe dari rangkaian filter pasif  adalah  single tuned filter, filter orde dua, filter orde tiga  serta filter tipe C. 

Penelitian ini  menganalisis kesesuaian dari dua tipe filter pasif yaitu single tuned 

filter terhadap filter pasif  orde tiga dalam meminimalisasi harmonisa pada 

transformator yang disebabkan oleh beban non linear di gedung Rektorat – Puskom 

Universitas Malikussaleh Lhokseumawe. Adapun alasan menggunakan dua buah  filter tersebut karena single tuned filter dan filter orde tiga dikarenakan pada 

penelitian sebelumnya belum ada perbandingan pemakaian filter dalam satu titik  gangguan dalam meminimalisasi harmonisa dan penelitian ini juga orde harmonisa  yang dipakai merupakan orde harmonisa ke‐3. Titik pengukuran beban non linier  difokuskan pada panel PCC utama, disebabkan  PCC utama tersebut terdapat 

peralatan pembangkit harmonisa yang cukup tinggi. Pembangkit harmonisa yang  tinggi tersebut akan mempengaruhi sistem yang lebih luas. Dengan meminimalisasi  harmonisa pada panel PCC  utama, tentunya akan mengurangi harmonisa yang 

menuju ke bus transformator sehingga kualitas daya sistem secara keseluruhan akan  lebih baik. Dengan demikian kualitas daya akan lebih baik dan pembebanan  transformator lebih maksimal. Banyak metode yang telah dilakukan oleh peneliti  terdahulu dalam meminimalisasi harmonisa serta memperbaiki faktor daya, adapun   penelitian‐ penelitian  sebelumnya dengan  dapat dilihat dalam Tabel 1.1. Tabel 1.1.  Penelitian‐ penelitian yang telah dilakukan [4,5,6,7] N o Nama Judul Penelitian

Jenis Beban Metode Filter

yang Dirancang Tempat dan Tahun Penelitian 1. Gonzalez D.A dan McCall J.C 1986 [4] Design of Filters to Reduce Harmonic Distortion in Industrial Power Systems

Beban non linear

(Arc Furnace, six pulse rectifier), kapasitor untuk filter belum terpasang pada sistem.) Simulasi Program

Filter pasif : Single Tuned Filter untuk harmonisa ke-5 dan High Pass Filter untuk harmonisa ke-7 McGraw Edison Power System Division of Cooper Industries, Canonsburg, 1986

2. L.I.Koverni Kova . 2010 [5]

Centralized normalization of harmonic voltages by the third-order passive filter Beban gardu tran smisi dengan tegangan 220kV pada jaringan pan-jang 900 km.

Simulasi prpgram

Filter pasif orde tiga untuk harmonisa ke-3, 5 dan 7.

The Siberia Branch of the Russian Academy of Sciences Energy System Inst. 2010.

3 T. Messikl,

S. Mekhilef and N.A. Rahim 2010 [6]  Adaptive Notch Filter for Harmonic current Mitigation 

Beban non

linear (Arc Furnaces) kapasitor untuk filter telah terpasang pada system Simulasi Program 

Filter Pasif dan filter aktif Electrical Laboratorium University Malaya, 2010

4       Chacpkphed

 Madtharad 

and Mark

Mcgrana. 

2008 [7]

       

Harmonic Filter Design For Induction Furnace Load in 22 kV Distribution System

Beban non linear

dengan kapasitas 27 MW, 22Kv

Simulasi Program

Filter Pasif: High pass

Filter Untuk Harmonisa ke 5,11 dan 13

Proficial Electricity Auharity (PEA) Thailand, 2008

Perbedaan penelitian ini dengan penelitian – penelitian yang telah dilakukan  adalah penulis menggunakan dua buah filter dalam menganalisis harmonisa yang  terjadi di titik gangguan yaitu Biro Rektorat – Puskom Universitas Malikussaleh  Lhokseumawe.

1.2     Perumusan masalah

Berdasarkan  latar  belakang  yang  telah  diuraikan  diatas,  yang  menjadi  permasalah adalah:

a. Berapa besarnya   nilai distorsi harmonisa total (Total Harmonic Distorsion) 

arus        yang  terjadi  pada  gedung  Rektorat  ‐Puskom  Universitas  Malikussaleh.

b. Bagaimana cara meminimalisasi harmonisa dengan single tuned filter dan 

filter orde tiga.

c. Bagaimana  kesesuaian  kedua  filter  tersebut  dalam  meminimalisasi  harmonisa.

 

1.3.     Batasan Masalah 

Dalam penelitian ini diberikan batasan masalah agar tercapai suatu  pembahasan yang sistematik yaitu:

a.  Pembahasan hanya terfokus pada kualitas daya listrik khususnya harmonisa 

yang ditimbulkan oleh beban non linear.

b.  Menggunakan dua buah filter  yaitu  single tuned filter  dan filter pasif orde 

tiga.

c. Analisis harmonisa dilakukan pada sistem distribusi tiga fasa yang bebannya  seimbang, sehingga analisis dilakukan perfasa.

d. Persoalan bagaimana timbulnya harmonisa yang disebabkan oleh sumber  harmonisa tidak dibahas dalam penelitian ini.

1. 4.   Tujuan Penelitian

 Penelitian ini bertujuan untuk menurunkan THDI dari 20,7%. Sehingga sesuai 

tuned filter dan filter orde tiga. Kemudian dianalisa kesesuaian antara kedua filter 

tersebut.

1.5 .   Manfaat Penelitian

  Adapun manfaat dari penelitian ini dapat memberikan konsep mengenai  penggunaan single tuned filter dan filter orde tiga  dalam meningkatkan kualitas 

daya saat terjadi gangguan berupa harmonisa serta dapat memberi referensi bagi  peneliti lain.

1.6.   Sistematika Penulisan

Adapun sistematika penulisan penelitian ini adalah sebagai berikut: Bab I : Berisikan Pendahuluan yang mengemukakan latar belakang, perumusan 

masalah, batasan masalah, tujuan serta manfaat penelitian.

Bab II :  Berisikan tinjauan pustaka mengenai harmonisa, identifikasi harmonisa  serta prinsip kerja dari filter yang akan dipakai yaitu single tuned filter dan 

filter pasif orde tiga 

Bab III :  Berisikan berupa metodologi penelitian, perhitungan dan simulasi filter. Bab IV :   Berisikan hasil dan analisis.

Bab V :  Berisikan kesimpulan dan saran. BAB II

tuned filter dan filter orde tiga. Kemudian dianalisa kesesuaian antara kedua filter 

tersebut.

1.5 .   Manfaat Penelitian

  Adapun manfaat dari penelitian ini dapat memberikan konsep mengenai  penggunaan single tuned filter dan filter orde tiga  dalam meningkatkan kualitas 

daya saat terjadi gangguan berupa harmonisa serta dapat memberi referensi bagi  peneliti lain.

1.6.   Sistematika Penulisan

Adapun sistematika penulisan penelitian ini adalah sebagai berikut: Bab I : Berisikan Pendahuluan yang mengemukakan latar belakang, perumusan 

masalah, batasan masalah, tujuan serta manfaat penelitian.

Bab II :  Berisikan tinjauan pustaka mengenai harmonisa, identifikasi harmonisa  serta prinsip kerja dari filter yang akan dipakai yaitu single tuned filter dan 

filter pasif orde tiga 

Bab III :  Berisikan berupa metodologi penelitian, perhitungan dan simulasi filter. Bab IV :   Berisikan hasil dan analisis.

Bab V :  Berisikan kesimpulan dan saran. BAB II

Kualitas sistem  tenaga   listrik  berhubungan erat  dengan  kualitas  daya  (Power 

Quality),  suatu  kualitas  sistem  tenaga  listrik  bisa  dikatakan  memiliki  tingkat 

keandalan yang tinggi apabila sistem tersebut mampu menyediakan pasokan energi  listrik yang dibutuhkan oleh konsumen secara kontinyu dengan kualitas daya yang  baik. Akan tetapi pada masa sekarang dengan banyaknya penggunaan beban non 

linear banyak permasalahan‐permasalahan yang timbul dalam  sistem tenaga listrik 

dalam menyediakan energi listrik secara kontinyu. Dengan adanya permasalahan  tersebut maka akan mengakibatkan kurangnya kualitas daya, salah satunya adalah  gangguan harmonisa. Pada dasarnya harmonisa adalah munculnya gelombang‐ gelombang dengan frekuensi berbeda yang merupakan perkalian bilangan bulat  dengan frekuensi dasarnya [1].    

2.1.  Harmonisa

Kata  harmonisa  dipergunakan  untuk  benda  akustik,  yang  mana  artinya  getaran dari senar atau kolom udara dengan frekuensi yang biasanya merupakan  kelipatan dari frekuensi dasarnya. Dalam sistem tenaga listrik harmonisa adalah   gangguan yang terjadi pada sistem distribusi tenaga lisrik akibat terjadinya distorsi  gelombang  arus  dan  tegangan.  Distorsi gelombang  arus  dan  tegangan  timbul  karena  adanya  pembentukan  gelombang  dengan  frekuensi  berbeda  yang  merupakan perkalian bilangan bulat dengan frekwensi dasarnya.

Hal ini disebut frekuensi harmonisa yang timbul pada gelombang asalnya sedangkan  bilangan bulat pengali frekuensi dasar disebut angka urutan harmonisa. 

Sistem tenaga listrik dirancang untuk beroperasi pada frekuensi 50‐60 Hz.  Akan tetapi pada kenyataan di lapangan ada beberapa beban yang menyebabkan  munculnya arus dan tegangan yang frekuensinya merupakan kelipatan 50‐60 Hz  yang disebut frekuensi fundamental dan kelipatannya disebut frekuensi harmonisa.  Karakteristik dari harmonisa dapat dipresentasikan dengan persamaan deret fourier 

sesuai dengan bentuk gelombang non linear dengan menjumlahkan gelombang 

Gambar 2.1. Bentuk  gelombang yang dihasilkan dari penjumlahan          gelombang  fundamental dan harmonisa ke tiga [8]. Dari Gambar 2.1 fungsi periodik   dapat diuraikan menjadi deret trigonometri  tak terhingga atau biasa disebut deret fourier [3,9].

Atau 

Dimana:

Ah dan BBh adalah koefisien dari setiap harmonisa, dengan ketentuan sebagai berikut:

Jumlah antara frekuensi fundamental dan kelipatannya akan menyebabkan  frekuensi fundamental tidak lagi berbentuk sinus murni akan tetapi mengalami  distorsi. Berikut ini adalah Tabel 2.1, frekuensi fundamental dan kelipatanya:

Tabel 2.1. Tabel frekuensi dan kelipatanya [10]. Frekuensi ( Hz) Istilah

50 Hz Frekuensi Fundamental 100 Hz Frekuensi Kedua 150 Hz Frekuensi Ketiga 200 Hz Frekuensi Keempat ….. …….

Dalam sistem tenaga listrik gelombang tegangan dan gelombang arus yang  ideal bentuk   gelombangnya adalah sinusoidal murni. Fungsi tegangan dan arus 

yang tergantung pada waktu t dapat dinyatakan dalam Persamaan (2.5) dan (2.6)  sebagai berikut:

Fungsi tegangan, 

v(t) = Vm sin  (2.5)

Fungsi arus, 

Dimana:

Vm : harga maksimun tegangan (volt)

Im : harga maksimun arus (ampere)

       : 2 π fo  = kecepatan sudut dari gelombang periodik ( rad/dt)

       : frekwensi fundamental dari gelombang periodik ( Hz)

       : sudut fasa tegangan dan arus, bertanda negatif untuk arus terlambat dan bertanda positif untuk arus terdahulu dari tegangan (derajat) 2.1.1.  Sumber harmonisa

Ada dua beban dalam sistem tenaga listrik yaitu beban linier dan beban non 

linear. Karakteristik dari beban linier diperlihatkan pada Gambar 2.2. Beban linier 

adalah beban yang memberikan bentuk gelombang arus keluaran linier yang artinya  arus yang mengalir sebanding dengan impedansi dan perubahan tegangan. Pada  beban linier, bentuk gelombang arus akan mengikuti bentuk gelombang tegangan  yang akan ditimbulkannya. Bila gelombang tegangan berbentuk sinusoidal, bentuk 

Gambar 2.2. Karakteristik  gelombang arus pada beban linier.

Sedangkan beban non linear memberikan  bentuk gelombang arus  keluaran 

yang tidak sebanding dengan tegangan dalam setiap  setengah siklus sehingga  bentuk  gelombang  arus  maupun  tegangan  keluarannya  tidak  sama  dengan  gelombang masukannya atau dengan istilah lain mengalami distorsi. Beban non 

linear pada umumnya terdapat pada  peralatan elektronik yang didalamnya banyak 

mengandung komponen semikonduktor, dimana dalam proses kerja berlaku sebagai  saklar yang bekerja pada setiap siklus gelombang dari sumber tegangan.   Proses  kerja ini akan menghasilkan gangguan dimana gelombang arus tidak lagi sinusoidal. 

Gambar 2.3. Karakteristik gelombang arus pada beban non linear

Dengan meluas dan banyaknya penggunaan beban non linear, gelombang 

sinusoidal ini mengalami cacat sehingga menimbulkan harmonisa atau dengan kata 

lain beban non linear merupakan sumber harmonisa.

Ada beberapa contoh beban non linear yang menimbulkan harmonisa diantaranya 

adalah:

a. Lampu hemat energi (LHE)

b. Air Condition (AC)

c. Komputer

d. UPS

e. Adjustable Speed Drive

g. Lampu Penerangan TL ( electronic and magnetic ballast)

Tabel  2.2  memperlihatkan  besar  harmonisa  yang  dibangkitkan  oleh  setiap  peralatan listrik. Dari tabel tersebut bisa kita perhitungan gambaran besarnya THII  setiap beban elektronika daya atau beban non  linier.

Tabel 2.2. Jenis Peralatan terhadap THDI yang dibangkitkan [11].

Jenis Peralatan Tegangan Volt THDI % Keterangan

Fluorescent Lamp (with Magnetic Ballast)

277 18.5 Dominan

harmonisa ke -3 Fluorescent Lamp

( with Electronic Ballast)

277 11.6

Komputer 240 134 91 % Dominan

harmonisa ke -3

Laser Printer 240 134 91 % Dominan

harmonisa ke -3

Refrigerator 120 6.3

240 10.5 Residential Air Conditioner Dominan harmonisa ke-3 240 91

Charger battery UPS Dominan

harmonisa ke -3 2.1.2.  Orde harmonisa

Orde  harmonisa  merupakan  perbandingan  antara  frekuensi  harmonisa  dengan frekuensi fundamental [2,3]. Contohnya, h = 5, ini menunjukkan harmonisa  kelima  dengan  frekuensi  yang  merupakan  kelipatan  lima  kali  dari  frekuensi  fundamental.  Jika  frekuensi  fundamentalnya  adalah  50  Hz  maka  frekuensi  harmonisa orde ke 5 adalah 

Dalam pengukuran harmonisa ada beberapa petunjuk penting yang harus  dimengerti yaitu Total Harmonic Distortion (THD) dan Total Demand Distorsion  (TDD).

2.2.1.  Total Harmonic Distortion (THD)

Total harmonic distorsion (THD) adalah  indeks yang menunjukkan total harmonisa  

dari  gelombang  tegangan  atau  arus  yang  mengandung  komponen  individual  harmonisa yang dinyatakan dalam persen terhadap komponen individual [1,2,12].

THDV untuk gelombang adalah:

Dimana:

V1 = Tegangan fundamental.

Vh = Tegangan harmonisa ke – h.

h   = 2,3,45…….

Dimana:

I1 = Arus fundamental

Ih = Arus harmonisa ke ‐ h

h  = 2,3,4,5……

2.2.2. Total Demand Distorsion (TDD)

Distorsi harmonisa   (harmonic distorsion) paling berarti apabila dimonitor 

pada Point of Common Coupling (  PCC) dimana  beban dihubungkan jauh  dari 

pembangkit. Distorsi harmonisa pada PCC ini cenderung menunjukkan distorsi yang  lebih besar jika pengukuran arus beban (demand load current) besar dan sebaliknya 

[2]. Oleh karena itu total kandungan harmonisa diukur berdasarkan arus beban IL 

yang disebut dengan TDD ( Total Demand Distorsion). Persamaan dari Total Demand 

Distorsion adalah:

 

  Hasil perhitungan sebaiknya tidak melebihi atau sama dengan nilai yang  ditetapkan oleh standart yang berlaku. Bila hasilnya lebih maka tingkat harmonisa  sistem  membahayakan  komponen‐komponen  sistem  sebaiknya  dicari  cara  menguranginya.

Ada dua kriteria yang digunakan dalam analisa distorsi harmonisa yaitu  limitasi untuk distorsi tegangan harmonisa, standart yang dipakai untuk limitasi  tegangan  harmonisa  adalah  IEEE  519‐1992  dan    limitasi  untuk  distorsi  arus 

harmonisa dimana standar harmonisa arus  yang dipakai ditentukan oleh   rasio I SC / 

IL(arus  hubung  singkat  dibagi  dengan  arus  beban)  seperti  yang  diperlihatkan  dalamTabel 2.3.

Tabel 2.3  Standart Harmonisa Arus [13,14] Orde Harmonisa (dalam % )

<11 11- 16

17 -22

23-24

>35

Total Harmonic Distorsion

< 20 4 2 1.5 0.6 0.3 5

20-50 7 3.5 2.5 1 0.5 8

50-100 10 4.5 4 1.5 0.7 12

12 5.5 5 2 1

100-1000 1.5

>1000 15 7 6 2.5 1.4 20

Sedangkan untuk harmonisa tegangan ditentukan oleh  tegangan sistem seperti  dalam Tabel 2.4.

Tabel 2. 4 Standart harmonisa tegangan [13,14] Tegangan sistem Maximun Distortion

Individual Harmonic 3 1.5 1

Total Harmonic 5 2.5 1.5

2.3.  Pengaruh harmonisa

Setiap  komponen  sistem  distribusi  dapat  dipengaruhi  oleh  harmonisa  walaupun  dengan  akibat  yang  dampak    berbeda.  Namun  hal  tersebut  akan  mengalami  penurunan  kinerja  bahkan  akan  mengalami  kerusakan.  Salah  satu  dampak yang umum dari gangguan harmonisa adalah panas lebih pada kawat  netral  dan  transformator  sebagai  akibat  timbulnya  harmonik  ketiga  yang  dibangkitkan oleh peralatan listrik satu fasa. 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 linear  satu fasa akan menimbulkan harmonisa kelipatan tiga ganjil yang disebut tripple 

harmonic ( harmonisa ke‐3, ke‐9, ke‐ 15 dan seterusnya) yang sering disebut zero 

sequence harmonic. Seperti yang terlihat dalam Tabel  2.5.

Tabel 2.5 Urutan dari komponen harmonisa [13]

Harmonisa 1 2 3 4 5 6 7 8 9

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

Harmonisa pertama urutan polaritas adalah positif, harmonisa kedua urutan  polaritasnya  adalah  negatif  dan  harmonisa  ketiga  polaritasnya  adalah  nol,  harmonisa keempat adalah positif dan ini akan berulang berurut sampai seterusnya.   Pengaruh yang ditimbulkan oleh arus urutan nol dari komponen harmonisa   yaitu tingginya arus netral pada sistem 3 fasa 4 kawat karena arus urutan nol kawat  netral 3 kali arus urutan nol masing‐masing fasa. Hal ini bisa dilihat dari Tabel 2.6.

Tabel.2.6. Pengaruh dari polaritas komponen harmonisa. Komponen harmonisa _{Dampak dari harmonisa}

en har

Positif - Panas

Negatif _{- Panas}

- Menghambat atau memperlambat putaran motor

Nol _{- Panas}

-Menimbulkan atau menambah arus pada kawat netral

2.3.1. Efek harmonisa pada transformator

Transformator adalah suatu peralatan yang dirancang untuk menyalurkan daya yang dibutuhkan ke beban dengan rugi–rugi minimum dan frekuensi fundamentalnya. Arus dan tegangan harmonisa yang terus menerus akan menyebabkan panas lebih pada

transfomator. Ada beberapa pengaruh yang menimbulkan panas lebih pada transformator ketika arus beban mengandung komponen harmonisa yaitu:

a. Harmonisa arus menyebabkan meningkatnya rugi-rugi tembaga yang dinyatakan dengan persamaan berikut:

Rugi tembaga

b. Harmonisa tegangan menyebabkan meningkatnya rugi-rugi besi seperti Eddy Current dan rugi–rugi hysteresis. Eddy current (arus pusar) terjadi bila inti dari sebuah material jenis ferromagnetic (besi) secara elektrik bersifat konduktif. Konsentrasi Eddy Current lebih tinggi pada ujung–ujung belitan transformator karena efek kerapatan medan magnet bocor pada kumparan menyebabkan fenomena terjadinya arus pusar (arus yang bergerak melingkar). Bertambahnya rugi–rugi Eddy Current karena harmonisa berpengaruh pada temperatur kerja transformator yang terlihat pada besar rugi-rugi daya nyata (Watt) akibat Eddy Current ini.

2.4. Filter Pasif

Salah satu alat yang dapat digunakan untuk mengatasi harmonisa dalam memperbaiki faktor daya adalah filter pasif. Filter pasif terdiri dari komponen seperti

Kapasitor (C), Induktor (L) dan Resistor (R) [2,5,15]. Pada umumnya tipe dari rangkaian filter pasif adalah single tuned filter, filter orde dua, filter orde tiga dan filter tipe C, seperti Gambar 2.4.

Gambar 2.4. Tipe dari rangkaian filter pasif 2.5. Resonansi

Keadaan dimana reaktansi induktif dari sistem dan reaktansi kapasitif dari kapasitor untuk perbaikan faktor daya sama besar pada satu frekuensi harmonisa tertentu disebut resonansi. Rangkaian sistem distribusi pada umumnya adalah elemen induktif, maka adanya kapasitor yang digunakan untuk perbaikan faktor daya dapat menyebabkan siklus transfer energi antara elemen induktif dan kapasitif pada frekuensi resonansi, dimana pada frekuensi resonansi ini besarnya reaktansi induktif

dan reaktansi kapasitif sama besar. Kombinasi elemen induktif (L) dan kapasitif (C) dilihat dari suatu rel dimana arus harmonisa diinjeksikan oleh beban non linear, interaksi antara arus harmonisa dengan impedansi sistem yang terdiri dari L dan C

dapat menghasilkan resonansi seri (L dan C seri) dimana resonansi seri akan menghasilkan arus harmonisa yang besar melalui elemen tertentu dari rangkaian. Selain menghasilkan resonansi seri bisa juga menghasilkan resonansi paralel. Resonansi paralel ini menghasilkan tegangan yang besar pada elemen tertentu dari rangkaian.

Arus harmonisa mengalir menuju sumber tegangan, hal ini terjadi pada sumber distribusi dimana arus harmonisa yang dibangkitkan sumber harmonisa akan mengalir menuju ke sumber daya sistem distribusi, karena impedansi dari sistem adalah sangat kecil jika dilihat dari rel dimana arus harmonisa diinjeksikan sehingga menyebabkan arus harmonisa mengalir menuju sumber tegangan seperti terlihat dalam Gambar 2.5.

Gambar 2.5. Arus harmonisa mengalir menuju sumber tegangan

Untuk memperbaiki faktor daya dapat mengubah pola aliran arus harmonisa bisa digunakan kapasitor [2], sebab arus harmonisa akan mengalir menuju impedansi terkecil dan karena pada frekuensi harmonisa reaktansi kapasitor adalah kecil dan

dapat lebih kecil dari impedansi sistem, sehingga sebagian aliran arus harmonisa

akan menuju kapasitor seperti Gambar 2.6.

Gambar 2.6. Arus harmonisa sebagian mengalir menuju kapasitor

Arus harmonisa yang sebagian mengalir menuju kapasitor seperti Gambar 2.6, akan menyebabkan terjadinya panas berlebihan pada kapasitor dan bisa merusak unit kapasitornya.

2.5.1. Resonansi seri

Rangkaian resonansi seri terdiri dari elemen elemen R, L dan C yang terhubung secara seri seperti Gambar 2.7 [16].

Gambar 2.7. Rangkaian resonansi seri

Dari Gambar 2.7 dapat ditentukan impedansi seri seperti Persamaan (2.10).

……….………..(2.10)

Arus dalam rangkaian:

) (X_L X_C j

R V Z

V I

− +

=

= ………..(2.11)

Jika reaktansi maka rangkaian dikatakan mengalami resonansi, sehingga Persamaan (2.11) menjadi:

R V

I = ………..………...(2.12)

Pada saat resonansi :

C

L X

X =  

C L

r

r

_ω

ω

= 1

LC

r

1 2 ₌

ω  

LC

r

1

=

ω ………..………….(2.13)

Frekuensi resonansi adalah:

LC f_r

π

2 1

= ………..………….(2.14)

Persamaan (2.12) menjelaskan bahwa impedansi total rangkaian hanya terdiri dari R saja yang relatif kecil, sehingga arus yang mengalir menjadi besar pada kondisi resonansi seri ini. Dimana jika digambarkan impedansi rangkaian terhadap frekuensi akan diperoleh bentuknya seperti Gambar 2.8.

Sistem distribusi tenaga listrik yang berpotensi terjadi resonansi seri, dimana kapasitor bank dipasang terhubung seri dengan transformator dapat dilihat pada Gambar 2.9.

Gambar 2.9. Sistem distribusi tenaga listrik yang berpotensi resonansi seri.

2.5.2. Resonansi paralel

Rangkaian resonansi paralel terdiri dari elemen induktor dan kapasitor yang terhubung paralel, seperti yang terlihat pada Gambar 2.10 [4,15].

Dari Gambar 2.10 rangkaian resonansi paralel besarnya impedansi total rangkaian adalah: ) ( ) )( ( C L L C X X j R jX R jX Z − + + − = ………..(2.15)

Dalam keadaan resonansi:

Maka: R jX R jX

Z = (− C)( + L)……….………….(2.16)

Tegangan adalah: ⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡ − + = = R jX R jX I IZ

V ( C)( L) ……….…(2.17)

Pada Persamaan (2.17) jika impedansi Z >> atau , maka tegangan V akan menjadi sangat besar. Untuk menentukan frekuensi resonansi paralel sama dengan menentukan harga dari frekuensi resonansi seri, yaitu:

LC f_r

π

2 1

Frekuensi response atau impedansi total rangkaian terhadap frekuensi. Impedansi terbesar dari gambar tersebut terdapat pada frekuensi resonansi artinya

terjadi peningkatan tegangan pada frekuensi resonansi paralel

Gambar 2. 11. Impedansi vs frekuensi untuk resonansi paralel

Sistem distribusi tenaga listrik industri yang berpotensi terjadi resonansi paralel ditunjukkan pada Gambar 2.12.

Dimana Xs = impedansi reaktansi sumber

Gambar 2.12. Sistem distribusi tenaga listrik tenaga listrik yang berpotensi resonansi paralel.

2.6. Single Tuned Filter

Single tuned filter merupakan salah satu filter pasif yang terdiri dari komponen-komponen pasif yaitu R, L dan C yang terhubung secara seri. Gambar 2.13 merupakan skema dari single tuned filter, dimana filter ini paling banyak digunakan dalam sistem tenaga listrik industri dalam hal mengatasi harmonisa, hal ini dikarenakan single tuned filter lebih efisien [1].

Gambar 2.13. Single Tuned Filter

Single tuned filter mempunyai impedansi yang kecil pada frekuensi resonansi, sehingga arus yang mempunyai frekuensi sama dengan frekuensi resonansi akan dibelokkan melalui filter. Dari Gambar 2.13 besarnya impedansi single tuned filter

pada frekuensi fundamental dapat dilihat pada Persamaan 2.19 dibawah ini:

Sedangkan besarnya impedansi single tuned filter pada frekuensi resonansi dari Persamaan (2.19) menjadi:

Jika frekuensi sudut saat resonansi adalah:

..………(2.21)

Persamaan dari impedansi filter sebagai berikut:

Nilai reaktansi induktif dan reaktansi kapasitif saat resonansi sama besar maka impendansi filter akan diperoleh:

………...…(2.23)

Dari Persamaan (2.22) terlihat bahwa pada frekuensi resonansi, filter akan mempunyai impedansi yang sangat kecil, lebih kecil dari impedansi beban yaitu sama dengan tahanan induktor R, sehingga arus harmonisa yang mempunyai frekuensi sama dengan frekuensi resonansi yang akan dialirkan atau dibelokkan melalui filter dan tidak mengalir ke sistem. Pada dasarnya sebuah single tuned filter dipasang untuk

setiap harmonisa yang akan dihilangkan. Filter ini dihubungkan pada busbar dimana pengurangan tegangan harmonisa ditentukan.

Besarnya tahanan induktor R dari bisa ditentukan oleh Quality factor (Q). Quality factor (Q) adalah kualitas listrik dari suatu induktor. Dimana secara matematis Q adalah perbandingan nilai reaktansi induktif atau reaktansi kapasitif pada frekuensi resonansi dengan tahanan R. Jika nilai Q yang dipilih besar maka nilai R kecil dan kualitas filter semakin bagus karena energi yang dipakai oleh filter semakin kecil yang artinya rugi-rugi panas filter kecil dan nilai Quality factor

berkisar antara 30 < Q < 100 [1].

Pada frekuensi tuning:

Quality Factor:

Tahanan induktor akan diperoleh berdasarkan Persamaan (2.25), yaitu:

2.6.1. Faktor detuning

Faktor detuning atau relative frequency deviation (δ) menyatakan perubahan frekuensi dari frekuensi nominal penyetelannya. Faktor detuning berkisar antara 3 –

10% dari resonansi harmonisa [4,16]. Faktor detuning dapat dinyatakan sebagai berikut:

Bila temperatur menyebabkan perubahan induktansi dari inductor dan perubahan kapasintasi dari kapasitor maka faktor detuning menjadi [1,5]:

Dari Persamaan (2.27) maka diperoleh frekuensi tuning:

Atau order tuning adalah:

Dimana:

= 2 = frekuensi sudut saat resonansi.

= orde harmonisa saat resonansi.

order tuning.

Setiap filter mempunyai kelebihan dan kelemahan dalam meminimalisasi harmonisa. Kelebihan dari single tuned filter adalah:

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

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

c. Besar nilai Q menunjukkan nilai frekuensi resonansi filter dan oleh karena itu filter dilakukan pada nilai paling besar dari frekuensi harmonisa.

d. Single tuned filter secara normal mampu meminimalisasi frekuensi harmonisa yang besar yaitu harmonisa ke 11 dan 13.

Sedangkan kelemahan dari single tuned filter adalah:

a. Single tuned filter digunakan untuk mengurangi harmonisa 1 buah orde harmonisa saja diantara order harmonisa yang ada.

Perancangan single tuned filter untuk menentukan besarnya komponen- komponen dari single tuned filter tersebut, dimana single tuned filter terdiri dari hubungan seri komponen-komponen pasif induktor, kapasitor dan tahanan [1,4,16].

Adapun langkah-langkah dalam merancang single tuned filter untuk orde harmonisa ke h:

a. Menentukan ukuran kapasitor berdasarkan kebutuhan daya reaktif untuk perbaikan faktor daya. Dimana daya reaktif kapasitor dapat ditentukan dengan Persamaan ( 2.32).

b. Menentukan reaktansi kapasitor.

c. Menentukan kapasitansi kapasitor.

C

X f C

2 1

0 π

= ………..………(2.34)

d. Menentukan reaktansi induktif.

2

n C L

h X

X = ……….(2.35)

0

2 f X

L L

π

= ………..……….(2.36)

f. Menentukan tahanan ( R ) dari induktor.

Q X

R= n ………(2.37)

2.7. Filter Pasif Orde Tiga

Filter pasif orde tiga terdiri dari kapasitor seri dengan rangkaian paralel dimana salah satu cabangnya berisi kapasitor seri dengan resistor dan cabang lainnya berisi induktor [5,15]. Filter pasif orde tiga dapat dilihat pada Gambar 2.14.

Gambar 2.14. Filter pasif orde tiga

Filter orde tiga ini mempunyai kelebihan yang pada umumnya dimiliki oleh filter pasif yaitu:

a. Dapat digunakan pada frekuensi tinggi.

Sedangkan kelemahan dari filter orde tiga adalah:

Dalam melakukan perhitungan lebih sedikit rumit dibandingkan dengan

single tuned filter.

2.7.1. Perancangan filter pasif orde tiga

Sama seperti single tuned filter, dalam merancang filter orde tiga untuk mengurangi harmonisa maka harus ditentukan parameter besaran nilai dari

pada frekuensi fundamental [5,15].

a. Reaktansi dapat dihitung dengan cara mengeset nilai dari daya reaktif

(dalam kVAR) yang dibutuhkan serta besar tegangan V pada frekuensi fundamental, seperti pada Persamaan 2.38.

b. Menentukan nilai

Untuk mengurangi harmonisa tegangan pada jaringan menjadi ( 0,5- 0,75) dari nilai KV(h)Npada harmonisa yang ditentukan, filter harus mempunyai nilai resistansi sebesar RF, dimana RF:

c. Menentukan nilai interval m sebagai berikut:

Mengingat XC2 = m XC1, maka:

d...Menentuka n nilai reaktansi induktansi.

e...Menentuka n nilai tahanan.

2.8....Perhitunga n Hubung Singkat dan Batas Harmonisa

2.8.1...Perhitungan hubung singkat

Dalam perancangan filter yang akan digunakan dalam minimalisasi harmonisa ada perhitungan arus hubung singkat dimana pada bus utama terlebih dahulu ditentukan besar impedansi trnasformator dan impedansi kabel antara transformator dengan bus utama. Dalam menentukan impedansi transformator ditentukan terlebih dahulu daya dan tegangan base sistem.

Nilai induktansi transformator ( L) pada frekuensi fundamental yaitu:

Arus hubung singkat:

Zs itu sendiri bisa ditentukan dari penjumlahan impedansi transformator dan impedansi saluran.

2.8.2. Perhitungan short circuit ratio (SCR)

Short circuit ratio (SCR) adalah perbandingan antara arus hubung singkat dengan arus beban rata-rata dari pengukuran. SCR digunakan untuk menentukan batas arus harmonisa sesuai dengan standar IEEE 519-1992, dimana SCR itu sendiri bisa didapat:

itu sendiri merupakan nilai arus fundamental dari pengukuran pada bus PCC utama.

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode simulasi dengan data ukur yang didapat dari pengukuran. Sedangkan parameter yang digunakan dalam simulasi ini yaitu impedansi tranasformator, impedansi penghantar dari transformator ke panel utama, parameter filter yang dihitung dan sumber arus harmonisa dari data pengukuran. Parameter yang dibutuhkan diperoleh dengan cara pengumpulan data pemakaian beban, data transformator, data impedansi kabel dan pengukuran harmonisa. Power Q Plus dalam penelitian ini menggunakan merek METREL merupakan alat ukur yang digunakan dalam mengukur harmonisa dan faktor daya. Pengukuran harmonisa dan faktor daya dilakukan untuk mendapatkan besar harmonisa dan faktor daya yang terjadi pada sistem khususnya di panel utama. Setelah diketahui nilai faktor daya dan besar urutan hamonisa, maka nilai tersebut menjadi data dalam menentukan parameter single tuned filter dan filter orde tiga dengan pemodelan simulasi MATLAB/SIMULINK.

3.1. Data Pemakaian Beban di Gedung Rektorat - Puskom Universitas Malikussaleh

Gedung Rektorat - Puskom Universitas Malikussaleh merupakan salah satu pelanggan tegangan menengah 20 kV dengan golongan tarif S-4 PT PLN (Persero) wilayah Aceh. Sumber tegangan disuplai dari jaringan tegangan menengah (TM) 20

kV ke gardu distribusi TR metering PLN melalui HUTM (Hantaran Udara Tegangan Menengah). Kemudian dari transformator tersebut disambung ke panel utama melalui kabel TIC 4 /0 AWG atau 85 mm2 dengan jarak 400 meter dan selanjutnya dibagi ke panel utama beban antara lain ke gedung Rektorat - Puskom Universitas

Malikussaleh dengan sistem kelistrikannya diperlihatkan pada Gambar 3.1 (Diagram Kelistrikan standart SPLN pada Lampiran 4).

Gambar 3.1. Diagram satu garis sistem kelistrikan Universitas Malikussaleh

Beban pada masing-masing panel utama berupa lampu ballast magnet 2 36 watt dengan

faktor daya 0,45, komputer, pendingin udara dan lampu hemat energi. Data pemakaian beban di Rektorat - Puskom Universitas Malikussaleh dapat dilihat pada Tabel 3.1 dengan rekapitulasi daya sebagai berikut:

Tabel 3.1 Rekapitulasi beban terpasang di gedung Rektorat - Puskom Universitas Malikussaleh

Gedung Rektorat - Puskom Nama Beban

Jumlah beban (Watt) Penerangan TL 2x36 13.824

Komputer 10.000 Pendingin udara 71.616

Lampu hemat energi 8.000

Jumlah 103.440

3.2. Teknik Pengukuran yang Dilakukan

Sebelum penggunaan filter yang akan digunakan tentunya ada mekanisme yang harus dilakukan diantaranya mengetahui besar nilai harmonisa pada sistem tenaga listrik tersebut. Untuk mengetahui karakteristik harmonisa melalui pengukuran pada sistem distribusi di Rektorat - Puskom Universitas Malikussaleh seperti Gambar 3.2. Titik pengukuran dan pengambilan data dilakukan langsung ke lapangan dengan menggunakan alat ukur bernama Power Q plus MI 2492 (merk METREL) komunikasi data dari Power Q plus MI 2492 ke komputer dilakukan melalui

converter RS232/USB. Paket data komunikasi ini ditampilkan dalam bentuk daftar dan grafik secara langsung, dan data tersebut dapat disimpan di komputer

Kapasitas hubung singkat pada gardu distribusi dibutuhkan untuk menghitung impedansi sumber pada panel utama dan impedansi saluran. Data impedansi

transformator daya 160 kVA diambil dari plat nama (name plate) dan data impedansi kabel dari transformator ke panel utama dengan kabel jenis TIC 4 3/0 AWG atau 85 mm2 sesuai ukuran penggunaan diperoleh dari standar kabel.

Gambar 3.2 Titik pengukuran panel utama di gedung Rektorat - Puskom

Titik pengukuran 

Penghantar TIC 

4x3/0AWG 

Gedung Rektorat Gedung Puskom

160 kVA-20 KV/400 V Z = 3%

      PLN  20KV  50Hz 

3.3. Teknik Analisa Data

Data hasil pengukuran yang dapat direkam dan tersimpan yang merupakan data input pada simulasi MATLAB. Data yang dipilih adalah data pengukuran harmonisa yang terbesar sebagai acuan perhitungan pada kondisi terburuk, data yang terpilih tersebut dapat diperlihatkan dalam bentuk gelombang tegangan dan arus

terdistorsi akibat harmonisa dan spektrum harmonisa untuk tiga fasa. Secara visualisasi, spektrum harmonisa ini memberikan gambaran besar harmonisa yang terjadi karena pengoperasian beban non linier.

Untuk menghitung kapasitas hubung singkat didapat berdasarkan data transformator dan data kabel yang digunakan. Dimana hasil perhitungan hubung singkat ini untuk mendapatkan rangkaian ekivalen satu fasa dengan sistem sumbernya seperti Gambar 3.3.

Gambar 3.3. Rangkaian ekivalen perhitungan hubung singkat

[Panel utama 

X kabel pu

X trafo pu

Vpu

ISC

Dari hasil perhitungan hubung singkat akan dipergunakan untuk menentukan

nilai ratio arus hubung singkat dengan arus beban atau Short Circuit Ratio (SCR), seperti pada Persamaan (2.52). Dimana SCR adalah perbandingan antara arus hubung singkat dengan arus beban maksimum sebagai batas arus harmonisa sesuai standar

IEEE 519-1992.

3.4. Data Spesifikasi Transformator dan Kabel

Untuk menentukan parameter single tuned filter dan filter orde tiga pelaksanaan penelitian dimulai dengan mendapatkan data transformator dan impedansi saluran.

a. Data Spesifikasi Transformator Distribusi Kapasitas daya Transformator 3 fase 160kVA, Tegangan 20 kV/400 V

Hubungan Dyn5 Impedansi Zsc : 3%

Pendingin minyak : Diala B Kenaikan suhu minyak: 55oC b. Data Spesifikasi kabel

Kabel yg digunakan jenis TIC 4 3/0 AWG dari transformator ke panel utama dengan panjang 400 meter. Data kabel dapat dilihat pada Tabel 3.2:

Tabel 3.2. Impedansi kabel saluran Jenis kabel Luas

penampang

Resistasi (r)

(ߗ/10 ft)

Reaktansi (x)

(ߗ/1000 ft)

Impedansi kabel

(z) (ߗ) 400 meter

TIC 1/0-7 0,106 0,098 0.139+j0.1286

  Dimana 1 ft = 0,3048 m

Pengukuran karakteristik harmonisa pada panel utama gedung Rektorat  ‐  Puskom  Universitas  Malikussaleh  dilakukan  dengan  menggunakan  alat  ukur  harmonisa.  Parameter  data  yang  dapat  diambil  adalah  komponen  harmonisa  tegangan, komponen harmonisa arus, faktor daya, daya aktif, daya reaktif dan daya  semu seperti tertampil pada Tabel 3.3. Dari pengukuran tersebut akan terlihat nilai  setiap orde harmonisa dan daya yang terukur, terutama daya reaktif yang nantinya  digunakan  untuk  menghitung  besar  kapasitas  kapasitor  yang  harus  digunakan  sebagai kompensasi faktor daya sistem. 

Tabel 3.3. Data hasil pengukuran tegangan fasa, arus fasa, daya, faktor daya,         besar THD tegangan dan arus. 

Symbol Name Unit L1 L2 L3 Total

U Phase voltage V 211 214.1 208.9

I Phase current A 77.161 99.015 90.874

S Apparent power kVA 16.3 21.2 19 56.5

P Active power kW -12.2 -16 -14.3 -42.5

Q Reactive power kVAr -10.4 -14 -12,6 -37.4

THD U

Total harmonic

distortion % 2.2 2.2 2.2

THD I

Total harmonic

distortion % 18.3 18.3 20.7

Inductive, Capacitive I I I I

Uxx Phase to phase voltage V

(U12) 368.6

(U23) 367.2

(U13) 362.3

THD Uxx

Phase to phase voltage

– THD %

Inull A 53.209

Freq 50.13

Data hasil pengukuran dengan menggunakan alat ukur Power Q Plus (merk)

METREL dalam bentuk tabel yaitu tegangan dan arus harmonisa orde h dapat dilihat pada Tabel 3.4.

Tabel 3.4. Data hasil pengukuran tegangan dan arus harmonisa orde h.

Order harmonisa (h) Line-1 V1(Volt) Line-2 V2(Volt) Line-3 V3(Volt) Line-1 I1(Ampere) Line-2 I2(Ampere) Line-3 I3(Ampere)

0 0 0.1 0.2 0.155 0.003 0.203

1 210.9 214.1 208.8 75.918 97.395 88.98

2 0.1 0.1 0.1 0.235 0.63 0.166

3 1.6 1.4 1.1 13.444 17.112 17.781

4 0 0.1 0 0.139 0.191 0.012

5 3.5 3.9 3.5 2.284 3.998 3.161

6 0 0 0 0.049 0.161 0.081

7 2 1.8 2.5 1.418 1.079 3

8 0 0.1 0 0.064 0.15 0.131

9 0.5 0.8 0.5 1.234 1.936 1.644

10 0 0 0 0.096 0.193 0.076

11 0.1 0.7 0.6 0.839 0.785 0.418

13 0.8 0.6 0.7 0.666 0.133 0.647

14 0 0 0 0.043 0.118 0.016

15 0.5 0.6 0.5 0.31 0.49 0.175

16 0 0 0 0.156 0.073 0.082

17 0.6 0.2 0.7 0.406 0.087 0.23

18 0 0 0 0.085 0.133 0.041

19 0.5 0.1 0.5 0.242 0.05 0.299

20 0 0 0 0.074 0.078 0.125

21 0.3 0.1 0.2 0.148 0.105 0.231

22 0.2 0.1 0.1 0.386 0.416 0.385

23 0.6 0.2 0.4 1.162 0.992 0.925

24 0.1 0.2 0.1 0.466 0.493 0.419

25 0.1 0.1 0.2 0.154 0.184 0.126

26 0 0.1 0 0.195 0.135 0.208

27 0 0.1 0.1 0.231 0.021 0.169

28 0.1 0 0 0.083 0.094 0.033

29 0 0 0 0.214 0.054 0.132

30 0.1 0 0 0.129 0.061 0.093

31 0.1 0.1 0.1 0.041 0.095 0.186

32 0 0 0.1 0.176 0.17 0.133

33 0.1 0.1 0 0.053 0.056 0.135

34 0.1 0.1 0.1 0.086 0.057 0.205

35 0.1 0.1 0.1 0.104 0.031 0.047

36 0 0 0 0.141 0.067 0.13

37 0.1 0.1 0.1 0.039 0.153 0.057

40 0.1 0 0.1 0.162 0.182 0.132

44 0.1 0 0 0.24 0.114 0.053

48 0 0.1 0.1 0.115 0.095 0.217

49 0 0 0 0.043 0.138 0.082

THD 2.20% 2.20% 2.20% 18.30% 18.30% 20.70%

Sedangkan bentuk gelombang hasil pengukuran gelombang tegangan dan arus untuk tiga fasa dapat dilihat pada Gambar 3.4.

0 19.969 39.938 59.907 79.876 99.845 119.814 139.783 159.752 179.721 199.

-327.79 -295.24 -262.69 -230.14 -197.59 -165.04 -132.49 -99.94 -67.39 -34.84 -2.29 30.26 62.81 95.36 127.91 160.46 193.01 225.56 258.11 290.66 323.21 -327.79 -295.24 -262.69 -230.14 -197.59 -165.04 -132.49 -99.94 -67.39 -34.84 -2.29 30.26 62.81 95.36 127.91 160.46 193.01 225.56 258.11 290.66 323.21 -327.79 -295.24 -262.69 -230.14 -197.59 -165.04 -132.49 -99.94 -67.39 -34.84 -2.29 30.26 62.81 95.36 127.91 160.46 193.01 225.56 258.11 290.66 323.21 Power screen Started at 31.05.2011. 20:01:06 I(A)

[ph1] Current [ph2] Current

[ph3] Current

(ms)

Gambar 3.4. Hasil pengukuran bentuk gelombang arus tiga fasa

Hasil pengukuran bentuk gelombang arus perfasa yaitu fasa R, fasa S dan fasa T dapat dilihat pada Gambar 3.5, 3.6 dan 3.7. Sedangkan bentuk gelombang arus hasil pengukuran dengan THDI sebesar 20,7% dapa dilihat pada Gambar 3.8.

0 19.969 39.938 59.907 79.876 99.845 119.814 139.783 159.752 179.721 199.6 Power screen

Started at 31.05.2011. 20:01:06 I(A) -266.01 -239.41 -212.81 -186.21 -159.61 -133.01 -106.41 -79.80 -53.20 -26.60 14.21f 26.60 53.20 79.80 106.41 133.01 159.61 186.21 212.81 239.41 266.01 [ph1] Current (ms)

Gambar 3.5. Hasil pengukuran bentuk gelombang arus pada fasa R

0 19.969 39.938 59.907 79.876 99.845 119.814 139.783 159.752 179.721 199.6

Power screen Started at 31.05.2011. 20:01:06 I(A) -327.79 -295.24 -262.69 -230.14 -197.59 -165.04 -132.49 -99.94 -67.39 -34.84 -2.29 30.26 62.81 95.36 127.91 160.46 193.01 225.56 258.11 290.66 323.21 [ph2] Current (ms)

0 19.969 39.938 59.907 79.876 99.845 119.814 139.783 159.752 179.721 199.

Power screen Started at 31.05.2011. 20:01:06 I(A) -296.92 -267.11 -237.31 -207.50 -177.69 -147.89 -118.08 -88.27 -58.47 -28.66 1.15 30.95 60.76 90.57 120.37 150.18 179.99 209.79 239.60 269.41 299.21 [ph3] Current (ms) ms

Gambar 3.7. Hasil Pengukuran bentuk gelombang arus pada fasa T

0 19.969 39.938 59.907 79.876 99.845 119.814 139.783 159.752 179.721 199

Power screen Started at 31.05.2011. 20:01:06 I(A) -296.92 -267.11 -237.31 -207.50 -177.69 -147.89 -118.08 -88.27 -58.47 -28.66 1.15 30.95 60.76 90.57 120.37 150.18 179.99 209.79 239.60 269.41 299.21 [ph3] Current (ms)

Gambar 3.8. Bentuk gelombang arus hasil pengukuran dengan THDI

Hasil pengukuran dilapangan dengan menggunakan alat ukur Power Q plus MI 2492 (merk METREL) pada sistem di gedung Rektorat - Puskom dapat dilihat bentuk gelombang arus hasil pengukuran dengan THDI sebesar 20,7 %. Dari Tabel 3.4 terlihat harmonisa arus orde ke 3, dan 5 yang masih melebihi standar IEEE 519-1992 yaitu sebesar 17,781 A, dan 3,161 A dari arus fundamental sebesar 88,98 A. Persen harmonisa orde ke 3 sebesar 19,98% dan persen harmonisa orde ke 5 sebesar 3,55%. Sementara harmonisa orde lainnya masih dibawah kondisi yang diizinkan. Pemodelan pemakaian single tuned filter dan filter orde tiga dengan

MATLAB/SIMULINK sesuai data pengukuran yang dilakukan untuk mengetahui hasil minimalisasi harmonisa dan perbaikan faktor daya sistem. Dalam hal ini dipilih amplitudo frekuensi harmonisa yang tertinggi yaitu frekuensi harmonisa ke 3 (h = 3) diantara amplitudo frekuensi harmonisa yang lainnya. Setelah penetapan frekuensi harmonisa ke 3 yang akan diminimalisasi, maka selanjutnya perlu dilakukan perhitungan filter untuk meminimalisasi harmonisa dan perbaikan faktor daya sistem tersebut.

3.6. Perhitungan Hubung Singkat Dan Batas Harmonisa

Rangkaian ekivalen analisa satu fasa menurut Gambar 3.3 untuk nilai X1

(reaktansi hubung singkat) merupakan jumlah reaktansi transformator dengan reaktansi saluran. Dari data Spesifikasi Transformator Distribusi dengan kapasitas transformator 3 fase 160kVA, 20kV/400V, dengan impedansi hubung singkat Zsc = 3% (0.03pu).

Dimana:

Untuk menentukan arus dasar sesuai dengan Persamaan (2.44) yaitu:

Untuk menentukan MVA hubung singkat sesuai dengan Persamaan (2.46) yaitu:

Sehingga nilai impedansi transformator sesuai dengan Persamaan (2.48) yaitu:

= 0,03 Ω

Nilai induktansi transformator (L) pada frekuensi 50 Hz dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.50).

Untuk mengetahui arus hubung singkat pada panel utama gedung Rektorat - Puskom sesuai dengan Persamaan (2.51) dimana terlebih dahulu dihitung nilai impedansi total sistem dari transformator ke panel utama gedung Rektorat - Puskom (ZS) yaitu:

Z S sistem = 0,03 + 0.139+j0.1286 = 0,169 + j0,1286 Zs system = 0.2124

Arus beban nominal sebesar IL = 160000/(1,732x400) = 231A

Maka harga dari SCR (Short Circuit Ratio) yang dipakai untuk menentukan batas arus harmonisa sesuai standar IEEE 519-1992 pada sistem kelistrikan sesuai dengan Persamaan (2.52) di gedung Rektorat - Puskom yaitu:

Nilai SCR masih dibawah nilai 20, maka sesuai Tabel 2.2 batas arus harmonisa standar IEEE 519-1992 yaitu THDI sebesar 5%. Dari nilai ini sudah jelas

bahwa sistem kelistrikan di gedung Rektorat - Puskom tidak boleh melebihi standar yaitu THD arus sebesar 5%. Dalam hal ini single tuned filter dan filter orde tiga dan diletakkan pada panel utama di gedung Rektorat - Puskom, dengan total daya sebesar 103440 watt. Penempatan single tuned filter dan filter orde tiga digedung Rektorat - Puskom untuk mengurangi harmonisa menuju ke panelutama.

Pengukuran di panel utama dilakukan untuk mengetahui besar arus beban maksimum rata-rata untuk perhitungan SCR sistem kelistrikan serta untuk mengetahui karakteristik harmonisa untuk single tuned filter dan filter orde tiga di gedung Rektorat - Puskom. Karakteristik harmonisa pada panel utama gedung Rektorat - Puskom listrik merupakan data input simulasi. Rangkaian simulasi

MATLAB/SIMULINK harus merujuk sesuai diagram satu garis Gambar 3.2, mulai dari transformator sampai ke panelutama gedung Rektorat - Puskom.

3.7. Perhitungan Single Tuned Filter

3.7.1. Menentukan kebutuhan kapasitor sebagai perbaikan faktor daya

Dari pengukuran pada Tabel 3.3 dapat dilihat nilai daya aktif, daya semu, daya reaktif dan nilai faktor daya yaitu:

S = 56,5 kVA P = 42,5 kV Q = 37,4 kVAR Sehingga nilai faktor daya yaitu:

Untuk memperbaiki faktor daya dari 0,75 menjadi 0,95 dibutuhkan kompensasi kapasitor sesuai dengan Persamaan (2.32) yaitu sebesar:

Jadi kebutuhan kompensasi kapasitor per fasa sebesar 7832,75 Var. Menentukan reaktansi kapasitor sesuain dengan Persamaan (2.33) yaitu:

Menentukan kapasitansi dari kapasitor sesuai dengan Persamaa (2.34) yaitu:

C

X f C

2 1

0 π

=

3.7.2. Menentukan parameter induktor L

Dalam menentukan parameter induktor L, harus ditentukan terlebih dahulu reaktansi induktif dari induktor sesuai dengan Persamaan (2.35) yaitu:

Menentukan tahanan dari induktor sesuai dengan Persamaan (2.37)

= 0,006133 Ohm

3.8. Perhitungan Filter Orde Tiga

3.8.1. Menentukan kebutuhan kapasitor sebagai perbaikan faktor daya

Dari pengukuran pada Tabel 3.3 dapat dilihat nilai daya aktif, daya semu, daya reaktif dan nilai faktor daya yaitu:

S = 56,5 kVA P = 42,5 kW Q = 37,4 kVar Sehingga nilai faktor daya yaitu:

Sama seperti dalam perhitungan single tuned filter perlu memperbaiki faktor daya dari 0,75 menjadi 0,95 dibutuhkan kompensasi kapasitor sesuai dengan Persamaan (2.38):

Jadi kebutuhan kompensasi kapasitor per fasa sebesar 7832,75 VAr Menentukan nilai reaktansi seperti Persamaan ( 2.38).

Menentukan nilai C2 sesuai dengan Persamaan (2.39).

XC2 = m . XC1

sehingga nilai

XC2 = 2 = 11,04 ohm

Nilai C2 yaitu:

Dalam menentukan parameter induktor L, terlebih dahulu menentukan nilai interval m sesuai dengan Persamaa (2.40) yaitu:

Sehingga persamaan disederhanakan menjadi, 9Rf2+ 3,4704 = 33,12 Rf Atau 9Rf2 – 33,12 Rf + 30,4704 = 0

Dengan bantuan MATLAB dengan menggunakan rumus ABC yaitu: a =9;

b =-33,12; c =30,47;

y =(-b+(sqrt(b^2-4*a*c)))/(2*a) y = 1,84

Nilai Rf didapat = 1,84 ohm. Dari nilai ini selanjutnya untuk menentukan nilai XL

dengan menggunakan Persamaan ABC juga dengan nilai, A = -nXC1(1+m) = -3x (1+2) = -49,68

B = Rf2 + 3 Xc12 (1+2 m) = 1.84 2 + 3 2 (1+4) = 3,410 + 457,056 = 460,466

C = - Rf2 2(3 XC1)(1+3 XC12) = -33,12 2 2(3 5,52)(1 + 3 5,522) = 1,84 2 (16,56) (92,4112) = 5652,12

>> a =-49,68; >> b =460,466; >> c =5652,12;

>> y =(-b+(sqrt(b^2-4*a*c)))/(2*a) y = 16,2639

Maka nilai XL didapat sebesar 16,2639 ohm dan nilai induktansi L pada frekuensi 150

Hz atau orde ke 3 yaitu:

L =16,2639 /(2 x 3,14 x 150) = 0,017 H 3.8.3. Menentukan parameter resistor R filter

Dalam menentukan parameter resistor menggunakan Persamaan (2.43) yaitu:

Nilai reaktansi transformator, saluran kabel, single tuned filter dan filter orde tiga, setelah dihitung dapat dirangkum seperti Tabel 3.5.

Impendasi dan parameter filter Nilai Satuan

Impedansi trafo j0,03 Ohm

Impedansi saluran TIC 400 m 0.139+ j0.1286 Ohm Parameter single tuned filter

Kapasitor C1 uF

Reaktansi induktor filter L mH

Resistansi R filter Ohm

Parameter filter orde tiga

580 uF

Kapasitor C1

300 uF

Kapasitor C2

0,017 H

Reaktansi induktor input filter L

1,8356 Ohm

Resistor

3.9.     Simulasi MATLAB dengan menggunakan single tuned filter dan filter orde  tiga

Simulasi  yang  dilakukan pada  Gambar 3.9  dengan  menggunakan single 

tuned filter dan Gambar 3.13 menggunakan  filter orde tiga  yang terdiri dari blok 

sumber arus harmonisa, blok sistem pengukuran, blok impedansi sistem, dan blok  filter single tuned filter dan filter orde tiga  dengan parameter sesuai Tabel 3.5.

Gambar 3.9. Rangkaian simulasi single tuned filter

Rangkaian simulasi  pada Gambar 3.9 terdiri dari satu buah single tuned fiter 

buah impedansi, satu buah kapasitor dan satu buah resistor dan harmonisa arus  orde‐3 sampai orde‐25. Sumber arus mewakili nilai arus harmonisa dari orde‐2  sampai  orde‐25,  sedangkan  sebuah  resistor  didekatnya,  digunakan  untuk  mendapatkan arus total pengukuran. Tahapan program adalah sebagai berikut:

a. Klik AC Voltage Source, kemudian masukkan nilai tegangan Vs = 208.9 Volt 

dan frekwensi 50.13.

b. Klik AC Current Source, kemudian  masukkan nilai arus orde harmonisa (h= 

1,3,5….25) yang diperoleh dari hasil pengukuran pada Tabel 3.4.

c. Klik Series RLC Branch3, pilih sebuah kapasitor kemudian masukkan nilai C = 

580 uF.

d. Klik series RLC Branch3, pilih sebuah inductor kemudian masukkan nilai L = 

1.95 mH.

e. Klik series RLC Branch3, pilih sebuah resistor kemudian masukkan nilai R = 

0.006133 Ohm.

f. Current Measurement untuk mengukur arus.

g. Voltage Measurement untuk mengukur tegangan.

h. Block Display untuk menampilkan THD.

i. Scope untuk menampilkan gelombang arus dan tegangan.

j. Block Power QUI untuk memandu pemakaian berkomunikasi dengan sistem 

simulasi.

 Hasil simulasi MATLAB/SIMULINK setelah menggunakan single tuned filter dengan 

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 -100

0 100

Selected signal: 5.013 cycles. FFT window (in red): 3 cycles

Time (s)

0 5 10 15 20 25 30 35

0 20 40 60 80 100 Harmonic order

Fundamental (50.13Hz) = 171.8 , THD= 2.73%

M a g (% o f F u n d a m e n ta l)

Gambar  3.10.  Bentuk  gelombang  arus  dan  bentuk  spektrum  setelah        menggunakan single tuned filter.

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1

-200 0 200

Selected signal: 5.013 cycles. FFT window (in red): 3 cycles

Time (s)

0 5 10 15 20 25 30 35

0 20 40 60 80 100 Harmonic order

Fundamental (50.13Hz) = 308.1 , THD= 1.85%

M a g (% o f F u n d a m e n ta l) Gambar 3.11. Bentuk gelombang Tegangan dan bentuk spektrum   setelahmenggunakan single tuned filter

Gambar 3.12. Nilai faktor daya setelah menggunakan single tuned filter

3.9.2. Hasil simulasi filter orde tiga

6. T. Messikh, S. Mekhilef, and N.A. Rahim, Adaptive Notch Filter For Harmonic 

Current Mitigation, International Journal Of Electrical And Information  Enggineering, 2008

7. Chakphed Madharad and Mark McGranaghan, Harmonic Filter Design For 

Induction Furnace Load in 22 kV Distribution System, Provical Electricity  Authority (PEA) Thailand, Tahun 2008

8. Gonen, Turan, Electric Power Distribution Sistem Engineering, Mc Graw. Hill  Book Compony, 1986.

9. Arrilaga J, Bradley D.A and Bodger P.S, Power System Harmonics, John Wiley  & Sons, 1985. 

10. Prasetyo,T.  2003,  Pengaruh  Harmonik  Pada  Motor  Listrik  Dan 

Penanganannya,Jurnal Teknik Gelagar, Vol 14, No 02.

11. Grady Mack , Understanding Power System Harmonic, University of Texas at  Austin, 2005

12. Kusko Alexander and Thompson Mark. T, Power Quality Elecrical System, Mc  Graw – Hill D.C. 2007.

13. IEEE Recomemended Practices and reguirenments for harmonic Control in 

Electrical Power Systems. IEEE standart 519‐1992.

14. Irianto.  C,  Sukmadjaya.  M,  Wisnu.  A,    Mengurangi  Harmonisa  Pada 

Transformator 3 Fasa, Jetri, Volume 7, No 2, 2008.

15. Xiao Yao. The method for designing the third orde filter. Proceeding of the 8‐ 

16. IEEE Guide for Application of shunt Power Capasitors, IEEE Standard 1036‐ 1992.

 

LAMPIRAN 1

LAMPIRAN 2.

Lampiran 3. 

LAMPIRAN 4.