Reduksi Harmonisa Dengan Menggunakan Filter Pasif Single Tune dan Filter Matrix (Studi Kasus Pada Industri Pengolahan Plastik)
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Pemakaian energi listrik pada bangunan industri sebaiknya menjadi kajian
awal sebelum perencanaan bagi pemilik dan penggunanya. Dengan demikian
pemilihan peralatan listrik yang akan digunakan seperti mesin produksi, motor listrik,
lampu penerangan, mesin pendingin dan pengaruh pengaturan operasionalnya sangat
diperhatikan, sehingga biaya pemakaian energi listrik dapat ditekan seminimal
mungkin. Pada bangunan yang sudah dibangun dengan menggunakan teknologi yang
sudah ada dan belum menggunakan manajemen energi perlu ada kajian untuk
mengetahui efisiensi energi yang terpakai.
Pelaksanaan perencanaan energi merupakan langkah awal untuk memulai
manajemen energi yang baik. Dengan mengetahui perencanaan energi tersebut akan
diperoleh data yang konkrit mengenai kondisi peralatan yang ada pada gedung
industri, kebutuhan biaya operasional energi, dan manajemen energi yang akan
dipakai. Dari data-data ini dapat dianalisa dan diidentifikasi untuk mengetahui sejauh
mana peluang penghematan energi yang dicapai [1].
Industri pengolahan plastik pada saat ini mulai bertumbuh kembang seiring
dengan kemajuan zaman. Pengolahan biji plastik menjadi kemasan plastik yang
digunakan oleh industri untuk mengemas produk mereka tentunya pasti
menggunakan mesin pengolahan. Mesin pengolahan yang digunakan terdiri dari
1
Universitas Sumatera Utara
2
komponen listrik yang tergolong kategori beban linier dan beban non linier.
Penggunaan perangkat control yang terdiri dari komponen elektronika dapat
menimbulkan beban listrik menjadi tidak linier. Hal ini disebabkan karena terjadinya
proses switching dari komponen tersebut.
Harmonisa merupakan fenomena yang disebabkan dari pengoperasian beban
listrik non-linier, dimana akan terbentuk gelombang yang berfrekuensi dasar 50 Hz
atau 60 Hz dan menyebabkan bentuk gelombang arus dan tegangan yang idealnya
adalah sinusoidal murni menjadi tidak sinusoidal [2]. Sistem kelistrikan yang terdapat
pada industri plastik dan menjadi objek penelitian dapat dilihat pada Gambar 1.1
berikut:
Gardu Induk
GI TAMORA
TT 150 kV
1000 kVA
Mesin
Produksi
Kantor
TM 20 kV
Peralatan/
Utility
Crusher
Pembangkit
Saluran Transmisi
Primer
Saluran Transmisi
Sekunder
PCC Sekunder
Industri Plastik
Beban
Gambar 1.1 Diagram Satu Garis Sistem Kelistrikan
Universitas Sumatera Utara
3
Gambar 1.1 memperlihatkan diagram satu garis catu kelistrikan mulai dari
Gardu Induk Tanjungmorawa sampai ke beban yang menjadi objek penelitian yaitu
beban yang tergolong dalam pengelompokan beban mesin produksi.
Hasil pengukuran harmonisa yang telah dilakukan pada objek penelitian
seperti terlihat pada Tabel 1.1 berikut.
Tabel 1.1 Data Pengukuran Harmonisa Beban Mesin Produksi
IHD
Ordo
IHDv-L1
(%)
IHDv-L2
(%)
IHDv-L3
(%)
IHDI-L1
(%)
IHDI-L2
(%)
IHDI-L3
(%)
1
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
3
0,22
0,32
0,41
2,20
2,46
2,83
5
0,73
0,33
0,77
14,22
14,48
12,84
7
1,31
1,62
0,99
2,35
3,52
2,14
9
0,22
0,09
0,14
0,84
0,38
0,75
11
0,58
0,75
0,83
1,21
1,70
1,77
13
0,18
1,15
0,48
1,03
1,10
0,83
15
0,36
0,17
0,34
0,49
0,40
0,13
17
0,18
0,11
0,13
0,84
0,54
0,79
19
0,10
0,21
0,19
1,20
1,13
0,78
21
0,09
0,09
0,10
0,24
0,14
0,15
23
0,11
0,11
0,08
0,81
0,31
0,68
Total THD
2,183
2,279
1,806
14,95
15,399
13,707
Universitas Sumatera Utara
4
Perbandingan arus hubung singkat (ISC) dengan arus beban maksimum (IL)
disebut dengan Short Circuit Ratio (SCR). Nilai SCR digunakan sebagai penentu
batasan standar harmonisa sesuai dengan standar IEEE 519-1992. Sebelum
menentukan batasan standar harmonisa perlu dilakukan perhitungan untuk arus
hubung singkat (Isc). Sehingga dapat ditentukan apakah sistem yang dijadikan objek
penelitian perlu dilakukan perbaikan harmonisa atau tidak. Dari Tabel 1.1 terlihat
bahwa data pengukuran harmonisa arus pada individual harmonic distortion (IHD)
orde 5 adalah 14,22% pada phasa L1, 14,48% pada phasa L2, dan 12,84% pada
phasa L3. Angka IHD tersebut sudah termasuk besar dan kemungkinan telah
melampaui batas yang ditetapkan standar IEEE 519-1992. Hal inilah yang menjadi
dasar bahwa sistem kelistrikan pada industri tersebut layak untuk dilakukan penelitian
yaitu dengan mereduksi harmonisa menggunakan filter.
Banyak penelitian yang dilakukan untuk memperbaiki kualitas daya, upaya
yang dilakukan mulai dari mengganti peralatan yang digunakan dengan peralatan
hemat energi dan tidak mengandung harmonisa, pemasangan kapasitor bank dan lainlain. Berdasarkan hasil penelitian terdahulu tentang penggunaan filter untuk reduksi
harmonisa menjadi dasar penelitian ini dalam menentukan penggunaan filter untuk
mereduksi harmonisa. Beberapa penelitian tentang reduksi harmonisa pada yang telah
dilakukan oleh para peneliti terdahulu dapat dilihat pada Tabel 1.2 berikut.
Universitas Sumatera Utara
5
Tabel 1.2 Penelitian Filter Pasif
Nama
Judul Penelitian
Penelitian
Hasil yang diperoleh
Young Sik
Cho et all,
2011 [3]
Single tuned passive
harmonioc filter
design considering
variances of tuning
and quality factor
Filter pasif
single-tuned
THDi 5 berkurang dari 72,6%
menjadi 7,9 %, harmonisa ke 7 dari
61,8 % menjadi 11,2%, harmonisa ke
11 dari 20,9% menjadi 4,5%,
harmoisa ke 13 dari 13,2% menjadi
2,9%
Sumit
Kanwar et
all, 2013
[4]
Power Quality
Improvement in
Faulty Conditions
using Tuned
Harmonic Filters
Filter Pasif
Single Tuned
Pemasangan filter untuk jaringan tiga
phasa, dapat menurunkan THDi
6,40% menjadi 1,46%
G.Suresh
Babu et
all, 2009
[5]
A Novel approach in
the design of optimal
tuning frequency of a
single tuned harmonic
filter for an alternator
with rectifier loads
Filter Single
Tuned
Menurunkan harmonisa arus Ke-5
dari 47,26% menjadi 16,17%
Zubair
Ahmed
Memon et
all, 2012
[6]
Harmonics Mitigation Filter Pasif
of Industrial Power
Single Tuned
System Using
Passive Filters
filter pasif mengurangi distorsi
total harmonik dari sumber 20,77
mrnjadi 4,32%. Hasil reduksi
memenuhi standar harmonisa
direkomendasikan IEEE 519.
Harun
Rasjid,
2006 [7]
Kajian Penggunaan
Filter Pasif sebagai
pereduksi efek
harmonisa
Dari hasil pengujian THDi lampu
hemat energi sebelum pemasangan
filter harmonisa adalah R = 15.9%,
S = 10.9%, T = 12.1%, setelah
pemasangan filter THDi tereduksi
yaitu menjadi R = 2.7%, S = 2.1%,
T = 3.6%.
Filter pasif
Universitas Sumatera Utara
6
Tabel 1.2 (Sambungan)
Nama
Judul Penelitian
Penelitian
Supri
Hardi [8]
Filter matrix sebagai
filter harmonisa dan
perbaikan faktor
daya: studi kasus
pada transformator
400 Kva 20kv/400v,
bengkel listrik di
Politeknik Negeri
Lhokseumawe
Menggunakan
filter matrix
1.2
Hasil yang diperoleh
Total Harmonic Distortion (THD)
tegangan dari 5,60% telah
dikurangi menjadi 2,30% dan THD
arus dari 7,80% mampu dikurangi
menjadi 3,15%. Filter matrix di
tuning pada harmonisa ke 3 tapi
mampu meredam harmonisa ke 5,
dan 7 yang juga merupakan
amplitudo arus atau tegangan
terbesar menjadi lebih rendah.
Filter matrix juga mampu
memperbaiki faktor daya dari 0,71
menjadi 0,983
Perumusan Masalah
Masalah yang akan diselesaikan dalam penelitian ini dapat dirumuskan
sebagai berikut:
1. Harmonisa arus yang terdapat pada beban industri pengolahan plastik akibat
penggunaan beban yang non linier tidak sesuai dengan standar IEEE 5191992.
2. Perbandingan hasil dengan menggunakan Filter Pasif Single Tuned dan Filter
Matrix dalam mereduksi harmonisa arus pada beban industri pengolahan
plastik.
Universitas Sumatera Utara
7
1.3
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah mereduksi harmonisa dengan menggunakan Filter
Pasif Single Tuned dan Filter Matrix pada industri pengolahan plastik. Tujuan ini juga
dapat membantu industri pengolahan plastik tersebut dalam mereduksi kandungan
harmonisa arus sehingga sesuai standar IEEE 519-1992.
1.4
Batasan Masalah
Batasan masalah yang akan diteliti adalah :
1. Penelitian hanya difokuskan pada masalah filter hamonisa pada beban
produksi industri pengolahan plastik dengan menggunakan Filter Pasif
Single Tuned dan Filter Matrix.
2. Mengamati hasil reduksi harmonisa arus menggunakan Filter Pasif Single
Tuned dan Filter Matrix yang telah ditentukan dengan menggunakan
software Matlab/Simulink.
3. Beban tiga phasa dianggap seimbang, untuk itu pembahasan dilakukan
hanya pada satu phasa saja, dipilih phasa L1 dengan tingkat harmonisa
rata-rata.
Universitas Sumatera Utara
8
1.5
Manfaat Penelitian
Manfaat yang akan diperoleh pada penelitian ini adalah :
1. Memberikan informasi kepada menejemen perusahaan pengolahan plastik
tersebut tentang besarnya kandungan harmonisa arus yang dihasilkan oleh
mesin-mesin produksi.
2. Mengetahui nilai komponen filter yang digunakan untuk reduksi
harmonisa arus sesuai standar IEEE 519-1992.
3. Mengetahui kemampuan Filter Pasif Single Tuned dan Filter Matrix dalam
mereduksi harmonisa.
4. Menjadi bahan rujukan/referensi untuk pengembangan penelitian lebih
lanjut sehingga diperoleh hasil penelitian yang maksimal.
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Pemakaian energi listrik pada bangunan industri sebaiknya menjadi kajian
awal sebelum perencanaan bagi pemilik dan penggunanya. Dengan demikian
pemilihan peralatan listrik yang akan digunakan seperti mesin produksi, motor listrik,
lampu penerangan, mesin pendingin dan pengaruh pengaturan operasionalnya sangat
diperhatikan, sehingga biaya pemakaian energi listrik dapat ditekan seminimal
mungkin. Pada bangunan yang sudah dibangun dengan menggunakan teknologi yang
sudah ada dan belum menggunakan manajemen energi perlu ada kajian untuk
mengetahui efisiensi energi yang terpakai.
Pelaksanaan perencanaan energi merupakan langkah awal untuk memulai
manajemen energi yang baik. Dengan mengetahui perencanaan energi tersebut akan
diperoleh data yang konkrit mengenai kondisi peralatan yang ada pada gedung
industri, kebutuhan biaya operasional energi, dan manajemen energi yang akan
dipakai. Dari data-data ini dapat dianalisa dan diidentifikasi untuk mengetahui sejauh
mana peluang penghematan energi yang dicapai [1].
Industri pengolahan plastik pada saat ini mulai bertumbuh kembang seiring
dengan kemajuan zaman. Pengolahan biji plastik menjadi kemasan plastik yang
digunakan oleh industri untuk mengemas produk mereka tentunya pasti
menggunakan mesin pengolahan. Mesin pengolahan yang digunakan terdiri dari
1
Universitas Sumatera Utara
2
komponen listrik yang tergolong kategori beban linier dan beban non linier.
Penggunaan perangkat control yang terdiri dari komponen elektronika dapat
menimbulkan beban listrik menjadi tidak linier. Hal ini disebabkan karena terjadinya
proses switching dari komponen tersebut.
Harmonisa merupakan fenomena yang disebabkan dari pengoperasian beban
listrik non-linier, dimana akan terbentuk gelombang yang berfrekuensi dasar 50 Hz
atau 60 Hz dan menyebabkan bentuk gelombang arus dan tegangan yang idealnya
adalah sinusoidal murni menjadi tidak sinusoidal [2]. Sistem kelistrikan yang terdapat
pada industri plastik dan menjadi objek penelitian dapat dilihat pada Gambar 1.1
berikut:
Gardu Induk
GI TAMORA
TT 150 kV
1000 kVA
Mesin
Produksi
Kantor
TM 20 kV
Peralatan/
Utility
Crusher
Pembangkit
Saluran Transmisi
Primer
Saluran Transmisi
Sekunder
PCC Sekunder
Industri Plastik
Beban
Gambar 1.1 Diagram Satu Garis Sistem Kelistrikan
Universitas Sumatera Utara
3
Gambar 1.1 memperlihatkan diagram satu garis catu kelistrikan mulai dari
Gardu Induk Tanjungmorawa sampai ke beban yang menjadi objek penelitian yaitu
beban yang tergolong dalam pengelompokan beban mesin produksi.
Hasil pengukuran harmonisa yang telah dilakukan pada objek penelitian
seperti terlihat pada Tabel 1.1 berikut.
Tabel 1.1 Data Pengukuran Harmonisa Beban Mesin Produksi
IHD
Ordo
IHDv-L1
(%)
IHDv-L2
(%)
IHDv-L3
(%)
IHDI-L1
(%)
IHDI-L2
(%)
IHDI-L3
(%)
1
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
3
0,22
0,32
0,41
2,20
2,46
2,83
5
0,73
0,33
0,77
14,22
14,48
12,84
7
1,31
1,62
0,99
2,35
3,52
2,14
9
0,22
0,09
0,14
0,84
0,38
0,75
11
0,58
0,75
0,83
1,21
1,70
1,77
13
0,18
1,15
0,48
1,03
1,10
0,83
15
0,36
0,17
0,34
0,49
0,40
0,13
17
0,18
0,11
0,13
0,84
0,54
0,79
19
0,10
0,21
0,19
1,20
1,13
0,78
21
0,09
0,09
0,10
0,24
0,14
0,15
23
0,11
0,11
0,08
0,81
0,31
0,68
Total THD
2,183
2,279
1,806
14,95
15,399
13,707
Universitas Sumatera Utara
4
Perbandingan arus hubung singkat (ISC) dengan arus beban maksimum (IL)
disebut dengan Short Circuit Ratio (SCR). Nilai SCR digunakan sebagai penentu
batasan standar harmonisa sesuai dengan standar IEEE 519-1992. Sebelum
menentukan batasan standar harmonisa perlu dilakukan perhitungan untuk arus
hubung singkat (Isc). Sehingga dapat ditentukan apakah sistem yang dijadikan objek
penelitian perlu dilakukan perbaikan harmonisa atau tidak. Dari Tabel 1.1 terlihat
bahwa data pengukuran harmonisa arus pada individual harmonic distortion (IHD)
orde 5 adalah 14,22% pada phasa L1, 14,48% pada phasa L2, dan 12,84% pada
phasa L3. Angka IHD tersebut sudah termasuk besar dan kemungkinan telah
melampaui batas yang ditetapkan standar IEEE 519-1992. Hal inilah yang menjadi
dasar bahwa sistem kelistrikan pada industri tersebut layak untuk dilakukan penelitian
yaitu dengan mereduksi harmonisa menggunakan filter.
Banyak penelitian yang dilakukan untuk memperbaiki kualitas daya, upaya
yang dilakukan mulai dari mengganti peralatan yang digunakan dengan peralatan
hemat energi dan tidak mengandung harmonisa, pemasangan kapasitor bank dan lainlain. Berdasarkan hasil penelitian terdahulu tentang penggunaan filter untuk reduksi
harmonisa menjadi dasar penelitian ini dalam menentukan penggunaan filter untuk
mereduksi harmonisa. Beberapa penelitian tentang reduksi harmonisa pada yang telah
dilakukan oleh para peneliti terdahulu dapat dilihat pada Tabel 1.2 berikut.
Universitas Sumatera Utara
5
Tabel 1.2 Penelitian Filter Pasif
Nama
Judul Penelitian
Penelitian
Hasil yang diperoleh
Young Sik
Cho et all,
2011 [3]
Single tuned passive
harmonioc filter
design considering
variances of tuning
and quality factor
Filter pasif
single-tuned
THDi 5 berkurang dari 72,6%
menjadi 7,9 %, harmonisa ke 7 dari
61,8 % menjadi 11,2%, harmonisa ke
11 dari 20,9% menjadi 4,5%,
harmoisa ke 13 dari 13,2% menjadi
2,9%
Sumit
Kanwar et
all, 2013
[4]
Power Quality
Improvement in
Faulty Conditions
using Tuned
Harmonic Filters
Filter Pasif
Single Tuned
Pemasangan filter untuk jaringan tiga
phasa, dapat menurunkan THDi
6,40% menjadi 1,46%
G.Suresh
Babu et
all, 2009
[5]
A Novel approach in
the design of optimal
tuning frequency of a
single tuned harmonic
filter for an alternator
with rectifier loads
Filter Single
Tuned
Menurunkan harmonisa arus Ke-5
dari 47,26% menjadi 16,17%
Zubair
Ahmed
Memon et
all, 2012
[6]
Harmonics Mitigation Filter Pasif
of Industrial Power
Single Tuned
System Using
Passive Filters
filter pasif mengurangi distorsi
total harmonik dari sumber 20,77
mrnjadi 4,32%. Hasil reduksi
memenuhi standar harmonisa
direkomendasikan IEEE 519.
Harun
Rasjid,
2006 [7]
Kajian Penggunaan
Filter Pasif sebagai
pereduksi efek
harmonisa
Dari hasil pengujian THDi lampu
hemat energi sebelum pemasangan
filter harmonisa adalah R = 15.9%,
S = 10.9%, T = 12.1%, setelah
pemasangan filter THDi tereduksi
yaitu menjadi R = 2.7%, S = 2.1%,
T = 3.6%.
Filter pasif
Universitas Sumatera Utara
6
Tabel 1.2 (Sambungan)
Nama
Judul Penelitian
Penelitian
Supri
Hardi [8]
Filter matrix sebagai
filter harmonisa dan
perbaikan faktor
daya: studi kasus
pada transformator
400 Kva 20kv/400v,
bengkel listrik di
Politeknik Negeri
Lhokseumawe
Menggunakan
filter matrix
1.2
Hasil yang diperoleh
Total Harmonic Distortion (THD)
tegangan dari 5,60% telah
dikurangi menjadi 2,30% dan THD
arus dari 7,80% mampu dikurangi
menjadi 3,15%. Filter matrix di
tuning pada harmonisa ke 3 tapi
mampu meredam harmonisa ke 5,
dan 7 yang juga merupakan
amplitudo arus atau tegangan
terbesar menjadi lebih rendah.
Filter matrix juga mampu
memperbaiki faktor daya dari 0,71
menjadi 0,983
Perumusan Masalah
Masalah yang akan diselesaikan dalam penelitian ini dapat dirumuskan
sebagai berikut:
1. Harmonisa arus yang terdapat pada beban industri pengolahan plastik akibat
penggunaan beban yang non linier tidak sesuai dengan standar IEEE 5191992.
2. Perbandingan hasil dengan menggunakan Filter Pasif Single Tuned dan Filter
Matrix dalam mereduksi harmonisa arus pada beban industri pengolahan
plastik.
Universitas Sumatera Utara
7
1.3
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah mereduksi harmonisa dengan menggunakan Filter
Pasif Single Tuned dan Filter Matrix pada industri pengolahan plastik. Tujuan ini juga
dapat membantu industri pengolahan plastik tersebut dalam mereduksi kandungan
harmonisa arus sehingga sesuai standar IEEE 519-1992.
1.4
Batasan Masalah
Batasan masalah yang akan diteliti adalah :
1. Penelitian hanya difokuskan pada masalah filter hamonisa pada beban
produksi industri pengolahan plastik dengan menggunakan Filter Pasif
Single Tuned dan Filter Matrix.
2. Mengamati hasil reduksi harmonisa arus menggunakan Filter Pasif Single
Tuned dan Filter Matrix yang telah ditentukan dengan menggunakan
software Matlab/Simulink.
3. Beban tiga phasa dianggap seimbang, untuk itu pembahasan dilakukan
hanya pada satu phasa saja, dipilih phasa L1 dengan tingkat harmonisa
rata-rata.
Universitas Sumatera Utara
8
1.5
Manfaat Penelitian
Manfaat yang akan diperoleh pada penelitian ini adalah :
1. Memberikan informasi kepada menejemen perusahaan pengolahan plastik
tersebut tentang besarnya kandungan harmonisa arus yang dihasilkan oleh
mesin-mesin produksi.
2. Mengetahui nilai komponen filter yang digunakan untuk reduksi
harmonisa arus sesuai standar IEEE 519-1992.
3. Mengetahui kemampuan Filter Pasif Single Tuned dan Filter Matrix dalam
mereduksi harmonisa.
4. Menjadi bahan rujukan/referensi untuk pengembangan penelitian lebih
lanjut sehingga diperoleh hasil penelitian yang maksimal.
Universitas Sumatera Utara