1.5 . Manfaat Penelitian - 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

  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 TINJAUAN  PUSTAKA

  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 

fundamental  dan harmonisa ketiga seperti pada Gambar 2.1. berikut.

  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: _B

  A h   dan  B h   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)  = V m  sin 

  (2.5) Fungsi  arus,  I(t)  = I m  sin (

  Dimana: V : m  harga maksimun tegangan (volt)

  I m :  harga maksimun arus (ampere)

  =        : 2 π f o     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  gelombang  arus juga membentuk sinusoidal.

  

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. 

Hal

   ini dapat dilihat pada Gambar 2.3. 

  

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 f. Printer 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 THI I   setiap  beban elektronika daya atau beban non  linier.

  Tabel  2.2. Jenis Peralatan terhadap THD

  I  yang dibangkitkan [11].

  Jenis Peralatan Tegangan Volt THD I % 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  2.2.   Indeks Harmonisa

  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].

  THD  untuk gelombang adalah:

  V Dimana:

  V 1  = Tegangan fundamental. V h  = Tegangan harmonisa ke – h.

  h    = 2,3,45…….

  THD  untuk gelombang arus adalah

  Dimana:

  I

  1  = Arus fundamental

  I h   =  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  I L  

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  / 

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

  

Tabel  2.3  Standart Harmonisa Arus [13,14]

  Orde Harmonisa (dalam % ) Total

  Harmonic Distorsion <11 11- 17 - 23- >35

  16

  22

  24

  < 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

  100-1000

  12

  5.5

  5

  2

  1

  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]

  Maximun Distortion Tegangan sistem

  Dalam % < 69 kV 69-138 kV >138 kV 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

• + - + - + Urutan

  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.

  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

  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:

  V V I = = ……………………………..(2.11)

• Z R j (

  X − X ) L C

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

  V = ……………………………..……………….....(2.12)

  I R

  Pada saat resonansi :

  X = X   L C

  1 L ω =

  r

  ω C

  r  

  1

  2

  ω =  

  r LC

  1

  ω …………………………………..………….(2.13)

  = r

  LC

  Frekuensi resonansi adalah:

  1 f ………………………………..………….(2.14)

  = r

  2 π LC

  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.

Gambar 2.8. Impedansi vs frekuensi untuk resonansi seri 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].

Gambar 2.10. Rangakaian resonansi paralel Dari Gambar 2.10 rangkaian resonansi paralel besarnya impedansi total rangkaian adalah:

  −

• ( jX )( R jX )

  C L Z ………………………………..(2.15)

  =

• R j (

  X −

X )

L C

  Dalam keadaan resonansi: Maka:

  ( − + jX )( R jX ) _{C L}

  Z = …………………….………….(2.16) R

  Tegangan adalah:

• ( − jX )( R jX ) ⎡ ⎤

  C L

  V IZ

  I

  = = …………………….…(2.17)

  R

  ⎢⎣ ⎥⎦ 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:

  1 f = .……………………………………..…(2.18) r

  2 π LC 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.

  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:

  …………………...………(2.19) 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 dimana filter di tuning.

  = 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.

  2.6.2. Perancangan Single Tuned Filter

  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.

  1 C = ………………………..………(2.34) 2 π f

  

X

_C d. Menentukan reaktansi induktif.

  X C

  X

  = …………………………………….(2.35)

  L

  2 h n e. Menentukan induktansi.

  2 f

  X L L

  π = ……………………..…………….(2.36) f. Menentukan tahanan ( R ) dari induktor.

  Q

  X R n

  = ………………………………………(2.37)

  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.

  b. Tuningnya lebih presisi. 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 K pada harmonisa yang ditentukan, filter harus mempunyai

  V(h)N

  nilai resistansi sebesar R F , dimana R

  F:

  c. Menentukan nilai interval m sebagai berikut: Mengingat X C2 = m X C1 , 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.