Reduksi Harmonisa Pada Uninterruptible Power Supply (UPS) Dengan Single Tuned Passive Filter
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sistem distribusi tiga (3) fasa digunakan untuk melayani beban-beban tiga (3)
fasa. Dengan beban linier yang seimbang dimana arus pada masing-masing fasa
berbeda 1200, maka tidak ada arus netral. Adapun kondisi bebab-beban non linier
seperti Uninterruptible Power Supply (UPS), Penyearah, Power Supply, Komputer
dan sebagainya menghasilkan harmonisa [1]. Arus Harmonisa merupakan hasil
penjumlahan dari arus dengan frekuensi fundamental dan arus dengan frekuensi
kelipatan bilangan bulat frekuensi fundamental [1]. UPS adalah perangkat yang
biasanya menggunakan baterai cadangan sebagai daya alternatif, untuk dapat
memberikan suplai daya secara terus menerus. UPS merupakan sistem penyedia daya
listrik yang sangat penting dan diperlukan untuk dijadikan sebagai benteng dari
kegagalan daya, serta kerusakan peralatan.
Pada awalnya harga UPS sangat mahal namun kini realatif terjangkau,
sehingga banyak yang menggunakannya. UPS dibagi menjadi tiga (3) jenis yaitu
indoor UPS (banyak digunakan untuk komputer), outdoor UPS (biasa digunakan
pada pemancar/BTU), dan internal UPS (lampu darurat).
Fungsi UPS bukanlah sebagai pengganti sumber listrik, dalam pengertian
bahwa UPS dapat digunakan sebagai pengganti sumber listrik sementara. Waktu
maksimal yang diberikan tergantung dari jenis baterai yang dimiliki, umumnya waktu
Universitas Sumatera Utara
15 – 30 menit sudah cukup baik untuk memberi kesempatan menyimpan data serta
mematikan sistem sesuai prosedur pengoperasian.
Penggunaan UPS mempunyai pengaruh dalam sistem kelistrikan. UPS
merupakan salah satu contoh dari beban non linier, karena menggunakan komponenkomponen elektronika sebagai pengatur daya suplai [1]. Beban non linier merupakan
penyebab munculnya harmonisa yang dapat mengganggu distribusi listrik. Adanya
harmonisa mengakibatkan bentuk gelombang tidak sinus lagi [1].
Dilihat dari penelitian yang sudah pernah dilakukan beberapa peralatan yang
memiliki harmonisa, biasanya komponen yang bersifat elektronik seperti dioda,
transistor, capasitor, thyristor, integrated circuit (IC), serta peralatan yang
menggunakan
power supply. Peralatan-peralatan tersebut dianggap berlebihan
bahkan cenderung boros dalam mengkomsumsi listrik atau mengandung harmonisa,
tetapi hasil yang didapati tidak seperti yang diharapkan, yang diperlukan adalah
peralatan yang memiliki kinerja yang baik [1], [2].
Berdasarkan penelitian tentang peralatan UPS dengan penelitian lainnya dapat
dilihat dari tabel 1.1, beberapa penelitian hanya membahas tentang prinsip kerja,
kegunaan peralatan seperti Rectifier, Inverter, Battery. Sistem penyearah ini dapat
memperbaiki faktor daya, menurunkan harmonisa, dan dapat bekerja pada beban 40
% [3]. maupun energi matahari diubah menjadi energi listrik dengan peralatan
sederhana menggunakan inverter [4]. prinsip operasional dari power supply yang
tidak pernah terputus dengan sistem manajemen berlapis [5]. Pengurangan tekanan
pada batterai dengan menggunakan kapasitor pada saat sumber listrik lepas dari
sistem [6]. Listrik modern untuk kebutuhan sistem, sehingga menghasilkan energi
Universitas Sumatera Utara
berkelanjutan, hemat energi dan ramah lingkungan [7]. Diantara penelitian yang
pernah dilakukan tidak ada yang membahas tentang sistem kelistrikan pada UPS
yang dapat menimbulkan harmonisa.
Tabel 1.1 Penelitian yang sudah dilakukan
No
Peneliti
Judul Penelitian
Hasil yang dicapai
Mochammad
Ashari, Moh.
Zaenal Efendi
Single Phase Rectifier
system with Two Flyback
Converters in paralel for
Inproving the Quality of
Input Line Current
Sistem penyearah ini dapat
memperbaiki faktor daya,
menurunkan harmonisa, dan
dapat bekerja pada beban
40% atau lebih, dimana
menghasilkan faktor daya
>0,9, efisiensi >80% dan
harmonisa masih diambang
standar IEC 1000-3-2
1
2007 [3]
2
Nishit kapadia, Simulation and Design
Amit Patel,
of Low Cost Single
Dinesh
Phase Solar Inverter
Kapadia
Energi Matahari diubah
menjadi energi listrik dengan
peralatan
sederhana
menggunakan
inverter
merubah
tegangan
ac
(alternating current) ke dc
(direct current)
2012 [4]
3
Sung Hun Ko,
Seong-Ryong
Lee
A Parallel processing
Uninterruptible Power
Supply Sudden Voltage
Fluctuation for Power
Management
Prinsip
operasional
dari
power supply yang tidak
pernah
terputus
dengan
sistem manajemen berlapis
2013 [5]
Universitas Sumatera Utara
Lanjutan Tabel 1.1. Penelitian yang sudah dilakukan
4
D. Ranjini,
Design of Battery-Super
Anitha
Capasitor Combination
Sambathkumar in Uninterruptible
Power Supply (UPS)
Pengurangan tekanan pada
batterai
dengan
menggunakan
kapasitor
pada saat sumber listrik
lepas dari system
2014 [6]
5
Rafi Angadi,
S. Zabiullah,
V.Sekhar, Dr.
Venugoval.N
Analysis & Design UPS
System for Smart Grid
listik
modern
untuk
kebutuhan sistem. Sehingga
menghasilkan
energi
berkelanjutan, hemat energi
dan ramah lingkungan
2014 [7]
Oleh karena itu peneliti akan meneliti UPS yang dapat menghasilkan
harmonisa dengan melakukan pengukuran Total Harmonic Distortion Tegangan
(THDv), Total Harmonic Distortion Arus (THDi) dan Individual Harmonic
Distortion Arus (IHDi). Untuk menjawab perkiraan harmonisa di dalam peralatan
UPS tersebut, peneliti melakukan pengukuran THDv, THDi dan IHDi pada UPS,
telah dilaksanakan hari Senin 18 Agustus 2014 menggunakan alat ukur Power
Quality AnalyzerFluke 43B yang hasilnya dapat lihat pada table 1.2 sebagai berikut
[8].
Universitas Sumatera Utara
Tabel 1.2 Data Hasil Pengukuran
Parameter
U (Phase Voltage)
I (Phase Current)
S (Apparent Power)
P (Active Power)
Q (Reaktive Power)
PF (Power Factor)
Freq
THDv
THDi
IHDi 1
IHDi 3
IHDi 5
IHDi 7
IHDi 9
IHDi 11
IHDi 13
IHDi 15
Satuan
Volt
Ampere
KVA
KW
KVAR
Hz
%
%
%
%
%
%
%
%
%
%
Hasil Pengukuran
214.6
0.2
0.03
0.03
0.02
0,56
50.3
20
63,6
100
60,1
39
26,5
19
4,5
13,5
6,5
Berdasarkan hasil pengukuran yang telah dilakukan, peneliti mengambil data
harmonisa yang ditimbulkan UPS, maka untuk mengatasi harmonisa peneliti
menggunakan filter pasif ( single-tune passive filter), yang di pasang paralel terhadap
beban.
Universitas Sumatera Utara
1.2 Perumusan Masalah
Dari latar belakang diatas dapat dirumuskan permasalah sebagai berikut;
a. Bagaimana karakteristik harmonisa pada peralatan UPS
b. Mendesain filter yang tepat untuk dapat mereduksi harmonisa pada
peralatan UPS
1.3 Tujuan Penelitian
Penelitian ini dilakukan bertujuan untuk :
a. Mengetahui besarnya harmonisa pada UPS
b. Merancang filter pasif (single tuned passive filter) yang dapat digunakan
untuk mereduksi harmonisa pada UPS
1.4 Batasan Masalah
Untuk memfokuskan pembahasan, maka dilakukan pembatasan masalah
sebagai berikut :
a. Eksprimen dilakukan hanya untuk mengetahui karakteristik harmonisa
pada UPS, bukan untuk mengaplikasikan filter yang dirancang
b. Filter yang dirancang dianalisis pengaruhnya terhadap tegangan harmonisa
pada UPS melalui Simulasi
c. Simulasi dilakukan dengan Matlab Simulink
Universitas Sumatera Utara
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini diharapkan :
a. Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang
karakteristik harmonisa pada UPS
b. Menghasilkan suatu pemodelan reduksi harmonisa pada UPS dengan
menggunakan filter pasif melalui metode Simulasi
c. Menghasilkan publikasi yang dapat dijadikan acuan bagi peneliti lain
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sistem distribusi tiga (3) fasa digunakan untuk melayani beban-beban tiga (3)
fasa. Dengan beban linier yang seimbang dimana arus pada masing-masing fasa
berbeda 1200, maka tidak ada arus netral. Adapun kondisi bebab-beban non linier
seperti Uninterruptible Power Supply (UPS), Penyearah, Power Supply, Komputer
dan sebagainya menghasilkan harmonisa [1]. Arus Harmonisa merupakan hasil
penjumlahan dari arus dengan frekuensi fundamental dan arus dengan frekuensi
kelipatan bilangan bulat frekuensi fundamental [1]. UPS adalah perangkat yang
biasanya menggunakan baterai cadangan sebagai daya alternatif, untuk dapat
memberikan suplai daya secara terus menerus. UPS merupakan sistem penyedia daya
listrik yang sangat penting dan diperlukan untuk dijadikan sebagai benteng dari
kegagalan daya, serta kerusakan peralatan.
Pada awalnya harga UPS sangat mahal namun kini realatif terjangkau,
sehingga banyak yang menggunakannya. UPS dibagi menjadi tiga (3) jenis yaitu
indoor UPS (banyak digunakan untuk komputer), outdoor UPS (biasa digunakan
pada pemancar/BTU), dan internal UPS (lampu darurat).
Fungsi UPS bukanlah sebagai pengganti sumber listrik, dalam pengertian
bahwa UPS dapat digunakan sebagai pengganti sumber listrik sementara. Waktu
maksimal yang diberikan tergantung dari jenis baterai yang dimiliki, umumnya waktu
Universitas Sumatera Utara
15 – 30 menit sudah cukup baik untuk memberi kesempatan menyimpan data serta
mematikan sistem sesuai prosedur pengoperasian.
Penggunaan UPS mempunyai pengaruh dalam sistem kelistrikan. UPS
merupakan salah satu contoh dari beban non linier, karena menggunakan komponenkomponen elektronika sebagai pengatur daya suplai [1]. Beban non linier merupakan
penyebab munculnya harmonisa yang dapat mengganggu distribusi listrik. Adanya
harmonisa mengakibatkan bentuk gelombang tidak sinus lagi [1].
Dilihat dari penelitian yang sudah pernah dilakukan beberapa peralatan yang
memiliki harmonisa, biasanya komponen yang bersifat elektronik seperti dioda,
transistor, capasitor, thyristor, integrated circuit (IC), serta peralatan yang
menggunakan
power supply. Peralatan-peralatan tersebut dianggap berlebihan
bahkan cenderung boros dalam mengkomsumsi listrik atau mengandung harmonisa,
tetapi hasil yang didapati tidak seperti yang diharapkan, yang diperlukan adalah
peralatan yang memiliki kinerja yang baik [1], [2].
Berdasarkan penelitian tentang peralatan UPS dengan penelitian lainnya dapat
dilihat dari tabel 1.1, beberapa penelitian hanya membahas tentang prinsip kerja,
kegunaan peralatan seperti Rectifier, Inverter, Battery. Sistem penyearah ini dapat
memperbaiki faktor daya, menurunkan harmonisa, dan dapat bekerja pada beban 40
% [3]. maupun energi matahari diubah menjadi energi listrik dengan peralatan
sederhana menggunakan inverter [4]. prinsip operasional dari power supply yang
tidak pernah terputus dengan sistem manajemen berlapis [5]. Pengurangan tekanan
pada batterai dengan menggunakan kapasitor pada saat sumber listrik lepas dari
sistem [6]. Listrik modern untuk kebutuhan sistem, sehingga menghasilkan energi
Universitas Sumatera Utara
berkelanjutan, hemat energi dan ramah lingkungan [7]. Diantara penelitian yang
pernah dilakukan tidak ada yang membahas tentang sistem kelistrikan pada UPS
yang dapat menimbulkan harmonisa.
Tabel 1.1 Penelitian yang sudah dilakukan
No
Peneliti
Judul Penelitian
Hasil yang dicapai
Mochammad
Ashari, Moh.
Zaenal Efendi
Single Phase Rectifier
system with Two Flyback
Converters in paralel for
Inproving the Quality of
Input Line Current
Sistem penyearah ini dapat
memperbaiki faktor daya,
menurunkan harmonisa, dan
dapat bekerja pada beban
40% atau lebih, dimana
menghasilkan faktor daya
>0,9, efisiensi >80% dan
harmonisa masih diambang
standar IEC 1000-3-2
1
2007 [3]
2
Nishit kapadia, Simulation and Design
Amit Patel,
of Low Cost Single
Dinesh
Phase Solar Inverter
Kapadia
Energi Matahari diubah
menjadi energi listrik dengan
peralatan
sederhana
menggunakan
inverter
merubah
tegangan
ac
(alternating current) ke dc
(direct current)
2012 [4]
3
Sung Hun Ko,
Seong-Ryong
Lee
A Parallel processing
Uninterruptible Power
Supply Sudden Voltage
Fluctuation for Power
Management
Prinsip
operasional
dari
power supply yang tidak
pernah
terputus
dengan
sistem manajemen berlapis
2013 [5]
Universitas Sumatera Utara
Lanjutan Tabel 1.1. Penelitian yang sudah dilakukan
4
D. Ranjini,
Design of Battery-Super
Anitha
Capasitor Combination
Sambathkumar in Uninterruptible
Power Supply (UPS)
Pengurangan tekanan pada
batterai
dengan
menggunakan
kapasitor
pada saat sumber listrik
lepas dari system
2014 [6]
5
Rafi Angadi,
S. Zabiullah,
V.Sekhar, Dr.
Venugoval.N
Analysis & Design UPS
System for Smart Grid
listik
modern
untuk
kebutuhan sistem. Sehingga
menghasilkan
energi
berkelanjutan, hemat energi
dan ramah lingkungan
2014 [7]
Oleh karena itu peneliti akan meneliti UPS yang dapat menghasilkan
harmonisa dengan melakukan pengukuran Total Harmonic Distortion Tegangan
(THDv), Total Harmonic Distortion Arus (THDi) dan Individual Harmonic
Distortion Arus (IHDi). Untuk menjawab perkiraan harmonisa di dalam peralatan
UPS tersebut, peneliti melakukan pengukuran THDv, THDi dan IHDi pada UPS,
telah dilaksanakan hari Senin 18 Agustus 2014 menggunakan alat ukur Power
Quality AnalyzerFluke 43B yang hasilnya dapat lihat pada table 1.2 sebagai berikut
[8].
Universitas Sumatera Utara
Tabel 1.2 Data Hasil Pengukuran
Parameter
U (Phase Voltage)
I (Phase Current)
S (Apparent Power)
P (Active Power)
Q (Reaktive Power)
PF (Power Factor)
Freq
THDv
THDi
IHDi 1
IHDi 3
IHDi 5
IHDi 7
IHDi 9
IHDi 11
IHDi 13
IHDi 15
Satuan
Volt
Ampere
KVA
KW
KVAR
Hz
%
%
%
%
%
%
%
%
%
%
Hasil Pengukuran
214.6
0.2
0.03
0.03
0.02
0,56
50.3
20
63,6
100
60,1
39
26,5
19
4,5
13,5
6,5
Berdasarkan hasil pengukuran yang telah dilakukan, peneliti mengambil data
harmonisa yang ditimbulkan UPS, maka untuk mengatasi harmonisa peneliti
menggunakan filter pasif ( single-tune passive filter), yang di pasang paralel terhadap
beban.
Universitas Sumatera Utara
1.2 Perumusan Masalah
Dari latar belakang diatas dapat dirumuskan permasalah sebagai berikut;
a. Bagaimana karakteristik harmonisa pada peralatan UPS
b. Mendesain filter yang tepat untuk dapat mereduksi harmonisa pada
peralatan UPS
1.3 Tujuan Penelitian
Penelitian ini dilakukan bertujuan untuk :
a. Mengetahui besarnya harmonisa pada UPS
b. Merancang filter pasif (single tuned passive filter) yang dapat digunakan
untuk mereduksi harmonisa pada UPS
1.4 Batasan Masalah
Untuk memfokuskan pembahasan, maka dilakukan pembatasan masalah
sebagai berikut :
a. Eksprimen dilakukan hanya untuk mengetahui karakteristik harmonisa
pada UPS, bukan untuk mengaplikasikan filter yang dirancang
b. Filter yang dirancang dianalisis pengaruhnya terhadap tegangan harmonisa
pada UPS melalui Simulasi
c. Simulasi dilakukan dengan Matlab Simulink
Universitas Sumatera Utara
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini diharapkan :
a. Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang
karakteristik harmonisa pada UPS
b. Menghasilkan suatu pemodelan reduksi harmonisa pada UPS dengan
menggunakan filter pasif melalui metode Simulasi
c. Menghasilkan publikasi yang dapat dijadikan acuan bagi peneliti lain
Universitas Sumatera Utara