Reduksi Harmonisa Pada Uninterruptible Power Supply (UPS) Dengan Single Tuned Passive Filter
REDUKSI HARMONISA PADA UNINTERRUPTIBLE POWER
SUPPLY (UPS) DENGAN SINGLE TUNED PASSIVE FILTER
OLEH
AGUS ALMI NASUTION
127034013
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
REDUKSI HARMONISA PADA UNINTERRUPTIBLE POWER
SUPPLY (UPS) DENGAN SINGLE TUNED PASSIVE FILTER
TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik
Dalam Program Studi Magister Teknik Elektro
Pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
Oleh
AGUS ALMI NASUTION
127034013
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Telah diuji pada
Tanggal : 22 Agustus 2015
PANITIA PENGUJI TESIS:
Ketua : Dr. Maksum Pinem, ST,MT
Anggota
: 1. Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST,MT
2. Emerson P.Sinulingga, ST,M.Sc,Ph.D
3. Suherman, Ph.D
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Penggunaan beban non linier pada Uninterruptible Power Supply (UPS)
mengakibatkan distorsi harmonik yang berdampak pada kwalitas daya. Penelitian ini,
dirancang sebuah single-tuned passive filter untuk mengatasi distorsi harmonik pada
UPS. Pada tahapan ini dilakukan pengukuran THDv, THDi, dan IHDi pada UPS.
Simulasi ujicoba filter menggunakan MATLAB/ Simulink. Setelah pemasangan filter
Single Tuned Passive Filter Nilai arus harmonisa orde ke-3 berkurang dari 47,69 %
menjadi 7,08 % tereduksi sebesar 40,61 %.
Kata-kata Kunci : Single Tuned Passive Filter, UPS Harmonik, UPS Satu Fasa
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
Using non-linier load in Uninterruptible Power Supply (UPS) can cause
harmonic distortion which will eventually have the effect on power quality. The
research was designed as a single-turned passive filter to cope will harmonic
distortion in UPS. In this phase, THDv, THDi, and IHDi were measured in UPS.
MATLAB/Simulink was used for simulation of filter testing. After single-turned
passive filter was installed, the third order of harmonic current decreased from
47,69% to 7,08% or reduced 40.61%.
Keywords : Single-Turned Passive Filter, UPS Harmonics, One Phase Harmonic
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Dengan mengucapkan puji dan syukur kepada Allah Subhanahu Wataalla, atas
rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan tesis yang
berjudul ” REDUKSI HARMONISA PADA UNINTERRUPTIBLE POWER
SUPPLY (UPS) DENGAN SINGLE TUNED PASSIVE FILTER” Penulisan tesis
ini dilakukan untuk memenuhi salah satu syarat kurikulum Program Studi Magister
Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, Medan. Pada
kesempatan yang berbahagia ini penulis mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya
kepada Bapak Dr. Maksum Pinem, ST,MT, dan Bapak Dr. Ali Hanafiah Rambe,
ST,MT sebagai Pembimbing, atas segala bimbingan, saran dan nasehatnya sehingga
penulis dapat menyelesaikan Tesis ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih
kepada Bapak Suherman, Ph.D sebagai Ketua Prodi Magister Teknik Elektro USU
dan Bapak Drs. Hasdari Helmi, MT selaku Sekretaris Program Studi Magister Teknik
Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Terima kasih juga kepada
Bapak Suherman, Ph.D dan Bapak Emerson P.Sinulingga, ST.M.Sc.Ph.D selaku
Komisi Penguji pada Sidang Tesis, yang banyak memberikan saran dan masukan
kepada penulis demi kebaikan tesis ini, serta seluruh Staf Pengajar, staf Administrasi
dan rekan-rekan mahasiswa angkatan 2012 Program Studi Magister Teknik Elektro
atas bantuan dan kontribusinya dalam penyelesaian tesis ini. Terima kasih juga
kepada Ayahanda Usman Nasution, Ibunda Nuraini Siregar, istri tercinta Hamidah,
ST, anak–anak tersayang Prianindita, Naura Sidqia dan Mhd. Lakia Arfan Nasution
yang telah memberi banyak dukungan, semangat dan pengorbanan waktunya.
Universitas Sumatera Utara
Semoga Allah Subhanahu Wataalla memberikan kebahagiaan, berkah dan karunia
kepada semua pihak yang telah membantu penulis sehingga selesai tesis ini. Harapan
penulis kiranya tesis dapat bermanfaat kepada siapa saja yang membaca, semua
pengguna atau pemakai alat-alat listrik dan kepada yang berminat dalam meneliti
masalah kwalitas daya khususnya kompensasi harmonisa. Terima kasih.
Medan, Juli 2015
Penulis,
Agus Almi Nasution
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ........................................................................................................... i
KATA PENGANTAR ......................................................................................... ii
DAFTAR ISI ........................................................................................................ iv
DAFTAR TABEL ............................................................................................... vi
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... vii
DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... viii
BAB 1 PENDAHULUAN ................................................................................. 1
1.1 Latar Belakang ................................................................................. 1
1.2 Perumusan Masalah ......................................................................... 6
1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................. 6
1.4 Batasan Masalah .............................................................................. 6
1.5 Manfaat Penelitian ........................................................................... 7
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................ 8
2.1 Teori Harmonisa .............................................................................. 8
2.2 Sumber Harmonisa........................................................................... 11
2.3 Pengaruh Penggunaan Peralatan Elektronika Daya Terhadap
Harmonisa......................................................................................... 12
2.4 Pengaruh Harmonisa Pada Efisiensi Tegangan ............................... 12
2.5 Standar Distorsi Harmonisa IEC...................................................... 14
2.6 Uninterruptible Power Supply (UPS) .............................................. 17
2.6.1 Komponen UPS ...................................................................... 22
2.7 Filter Pasif ........................................................................................ 25
Universitas Sumatera Utara
2.7.1 Aspek Umum Dalam Perancangan Filter Pasif Harmonik ..... 26
BAB 3 METODE PENELITIAN ..................................................................... 30
3.1 Teknis PengukuranYang Dilakukan ................................................ 30
3.2 Teknik Analisa Data ........................................................................ 31
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................... 35
4.1 Data Pengukuran UPS ..................................................................... 35
4.2 Klasifikasi Arus Harmonisa UPS ................................................... 36
4.3 Perhitungan Single Tuned Passive Filter............................. ............ 37
4.4 Rangkaian Simulasi Sebelum Pemasangan Filter .................................. 40
4.5 Simulasi Setelah Pemasangan Filter ................................................ 45
4.6 Hasil Harmonisa Setelah Penggunaan Filter.................................... 47
4.7 Penggunaan Filter Untuk Mengurangi Harmonisa .......................... 50
4.8 Hasil Setelah Pemasangan Filter Dengan Tegangan Sumber
Diturunkan Menjadi 219 dan 218 Volt ............................................ 53
BAB 5 PENUTUP................................................................................................ 57
5.1 Kesimpulan ...................................................................................... 57
5.2 Saran ................................................................................................. 58
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 59
LAMPIRAN
..................................................................................................... 61
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
1.1
Penelitian yang sudah dilakukan ....................................................
3
1.2
Data Hasil Pengukuran ..................................................................
5
2.1
Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas A ...........................
15
2.2
Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas B ...........................
15
2.3
Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas C ...........................
16
2.4
Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas D...........................
16
3.1
Impedansi Kabel Saluran ...............................................................
31
4.1
Data Pengukuran UPS....................................................................
35
4.2
Data Pengukuran Harmonisa Arus (IHDi) UPS ............................
36
4.3
Klasifikasi Arus Harmonisa Pengukuran Pada UPS
Berdasarkan Standar IEC61000-3-2 Kelas C ................................
4.4
Data Hasil Simulasi Sebelum Pemasangan
Single Tuned Passive filter.............................................................
4.5
45
Data Hasil Simulasi Setelah Pemasangan
Single Tuned Passive filter.............................................................
4.6
37
49
Hasil Simulasi IHDi sebelum dan Sesudah Pemasangan
Single Tuned Passive filter.............................................................
51
4.7
Penurunan Tegangan Sumber menjadi 219 Volt ...........................
55
4.8
Penurunan Tegangan Sumber menjadi 218 Volt ...........................
56
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
2.1
Gelombang Perpaduan antara gelombang Harmonisa
dengan gelombang Normal ( Ideal ) ............................................
9
2.2
Spektrum urutan orde harmonisa .................................................
10
2.3
Liebert PSA Iton UPS 1000 VA...................................................
17
2.4
Rangkaian Penyearah ...................................................................
23
2.5
Rangkaian Inverter .......................................................................
24
2.6
Inverter Satu Fasa ........................................................................
24
2.7
Rangkaian Filter Pasif ..................................................................
26
2.8
Vektor segitiga daya untuk menentukan kebutuhan daya
reaktif Q .......................................................................................
28
3.1
Diagram Alir Penelitian ...............................................................
32
4.1
Rangkaian Simulasi Sebelum Pemasangan Filter ........................
42
4.2
Grafik Tegangan dan Arus Sebelum Pemasangan Filter .............
43
4.3
Spektrum Tegangan dan Arus Sebelum Pemasangan Filter ........
44
4.4
Rangkaian Simulasi Setelah Pemasangan Filter ..........................
46
4.5
Grafik Tegangan dan Arus Setelah Pemasangan Filter ...............
47
4.6
Spektrum Tegangan dan Arus Setelah Pemasangan Filter ..........
48
4.7
Diagram Perbandingan Arus Harmonisa Sebelum dan Setelah
Pemakaian Single Tuned Passive Filter .......................................
52
4.8
Simulasi Dengan Tegangan Sumber 219 Volt .............................
53
4.9
Simulasi Dengan Tegangan Sumber 218 Volt .............................
54
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Judul
Halaman
1.
Hasil Pengukuran UPS ...................................................................
2.
Record Gelombang Tegangan, Arus, Daya, Harmonisa,
3.
61
dan Frekuensi ................................................................................
62
Spectrum Harmonisa THDv dan THDi .........................................
64
Universitas Sumatera Utara
SUPPLY (UPS) DENGAN SINGLE TUNED PASSIVE FILTER
OLEH
AGUS ALMI NASUTION
127034013
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
REDUKSI HARMONISA PADA UNINTERRUPTIBLE POWER
SUPPLY (UPS) DENGAN SINGLE TUNED PASSIVE FILTER
TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik
Dalam Program Studi Magister Teknik Elektro
Pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
Oleh
AGUS ALMI NASUTION
127034013
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Telah diuji pada
Tanggal : 22 Agustus 2015
PANITIA PENGUJI TESIS:
Ketua : Dr. Maksum Pinem, ST,MT
Anggota
: 1. Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST,MT
2. Emerson P.Sinulingga, ST,M.Sc,Ph.D
3. Suherman, Ph.D
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Penggunaan beban non linier pada Uninterruptible Power Supply (UPS)
mengakibatkan distorsi harmonik yang berdampak pada kwalitas daya. Penelitian ini,
dirancang sebuah single-tuned passive filter untuk mengatasi distorsi harmonik pada
UPS. Pada tahapan ini dilakukan pengukuran THDv, THDi, dan IHDi pada UPS.
Simulasi ujicoba filter menggunakan MATLAB/ Simulink. Setelah pemasangan filter
Single Tuned Passive Filter Nilai arus harmonisa orde ke-3 berkurang dari 47,69 %
menjadi 7,08 % tereduksi sebesar 40,61 %.
Kata-kata Kunci : Single Tuned Passive Filter, UPS Harmonik, UPS Satu Fasa
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
Using non-linier load in Uninterruptible Power Supply (UPS) can cause
harmonic distortion which will eventually have the effect on power quality. The
research was designed as a single-turned passive filter to cope will harmonic
distortion in UPS. In this phase, THDv, THDi, and IHDi were measured in UPS.
MATLAB/Simulink was used for simulation of filter testing. After single-turned
passive filter was installed, the third order of harmonic current decreased from
47,69% to 7,08% or reduced 40.61%.
Keywords : Single-Turned Passive Filter, UPS Harmonics, One Phase Harmonic
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Dengan mengucapkan puji dan syukur kepada Allah Subhanahu Wataalla, atas
rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan tesis yang
berjudul ” REDUKSI HARMONISA PADA UNINTERRUPTIBLE POWER
SUPPLY (UPS) DENGAN SINGLE TUNED PASSIVE FILTER” Penulisan tesis
ini dilakukan untuk memenuhi salah satu syarat kurikulum Program Studi Magister
Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, Medan. Pada
kesempatan yang berbahagia ini penulis mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya
kepada Bapak Dr. Maksum Pinem, ST,MT, dan Bapak Dr. Ali Hanafiah Rambe,
ST,MT sebagai Pembimbing, atas segala bimbingan, saran dan nasehatnya sehingga
penulis dapat menyelesaikan Tesis ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih
kepada Bapak Suherman, Ph.D sebagai Ketua Prodi Magister Teknik Elektro USU
dan Bapak Drs. Hasdari Helmi, MT selaku Sekretaris Program Studi Magister Teknik
Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Terima kasih juga kepada
Bapak Suherman, Ph.D dan Bapak Emerson P.Sinulingga, ST.M.Sc.Ph.D selaku
Komisi Penguji pada Sidang Tesis, yang banyak memberikan saran dan masukan
kepada penulis demi kebaikan tesis ini, serta seluruh Staf Pengajar, staf Administrasi
dan rekan-rekan mahasiswa angkatan 2012 Program Studi Magister Teknik Elektro
atas bantuan dan kontribusinya dalam penyelesaian tesis ini. Terima kasih juga
kepada Ayahanda Usman Nasution, Ibunda Nuraini Siregar, istri tercinta Hamidah,
ST, anak–anak tersayang Prianindita, Naura Sidqia dan Mhd. Lakia Arfan Nasution
yang telah memberi banyak dukungan, semangat dan pengorbanan waktunya.
Universitas Sumatera Utara
Semoga Allah Subhanahu Wataalla memberikan kebahagiaan, berkah dan karunia
kepada semua pihak yang telah membantu penulis sehingga selesai tesis ini. Harapan
penulis kiranya tesis dapat bermanfaat kepada siapa saja yang membaca, semua
pengguna atau pemakai alat-alat listrik dan kepada yang berminat dalam meneliti
masalah kwalitas daya khususnya kompensasi harmonisa. Terima kasih.
Medan, Juli 2015
Penulis,
Agus Almi Nasution
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ........................................................................................................... i
KATA PENGANTAR ......................................................................................... ii
DAFTAR ISI ........................................................................................................ iv
DAFTAR TABEL ............................................................................................... vi
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... vii
DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... viii
BAB 1 PENDAHULUAN ................................................................................. 1
1.1 Latar Belakang ................................................................................. 1
1.2 Perumusan Masalah ......................................................................... 6
1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................. 6
1.4 Batasan Masalah .............................................................................. 6
1.5 Manfaat Penelitian ........................................................................... 7
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................ 8
2.1 Teori Harmonisa .............................................................................. 8
2.2 Sumber Harmonisa........................................................................... 11
2.3 Pengaruh Penggunaan Peralatan Elektronika Daya Terhadap
Harmonisa......................................................................................... 12
2.4 Pengaruh Harmonisa Pada Efisiensi Tegangan ............................... 12
2.5 Standar Distorsi Harmonisa IEC...................................................... 14
2.6 Uninterruptible Power Supply (UPS) .............................................. 17
2.6.1 Komponen UPS ...................................................................... 22
2.7 Filter Pasif ........................................................................................ 25
Universitas Sumatera Utara
2.7.1 Aspek Umum Dalam Perancangan Filter Pasif Harmonik ..... 26
BAB 3 METODE PENELITIAN ..................................................................... 30
3.1 Teknis PengukuranYang Dilakukan ................................................ 30
3.2 Teknik Analisa Data ........................................................................ 31
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................... 35
4.1 Data Pengukuran UPS ..................................................................... 35
4.2 Klasifikasi Arus Harmonisa UPS ................................................... 36
4.3 Perhitungan Single Tuned Passive Filter............................. ............ 37
4.4 Rangkaian Simulasi Sebelum Pemasangan Filter .................................. 40
4.5 Simulasi Setelah Pemasangan Filter ................................................ 45
4.6 Hasil Harmonisa Setelah Penggunaan Filter.................................... 47
4.7 Penggunaan Filter Untuk Mengurangi Harmonisa .......................... 50
4.8 Hasil Setelah Pemasangan Filter Dengan Tegangan Sumber
Diturunkan Menjadi 219 dan 218 Volt ............................................ 53
BAB 5 PENUTUP................................................................................................ 57
5.1 Kesimpulan ...................................................................................... 57
5.2 Saran ................................................................................................. 58
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 59
LAMPIRAN
..................................................................................................... 61
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
1.1
Penelitian yang sudah dilakukan ....................................................
3
1.2
Data Hasil Pengukuran ..................................................................
5
2.1
Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas A ...........................
15
2.2
Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas B ...........................
15
2.3
Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas C ...........................
16
2.4
Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas D...........................
16
3.1
Impedansi Kabel Saluran ...............................................................
31
4.1
Data Pengukuran UPS....................................................................
35
4.2
Data Pengukuran Harmonisa Arus (IHDi) UPS ............................
36
4.3
Klasifikasi Arus Harmonisa Pengukuran Pada UPS
Berdasarkan Standar IEC61000-3-2 Kelas C ................................
4.4
Data Hasil Simulasi Sebelum Pemasangan
Single Tuned Passive filter.............................................................
4.5
45
Data Hasil Simulasi Setelah Pemasangan
Single Tuned Passive filter.............................................................
4.6
37
49
Hasil Simulasi IHDi sebelum dan Sesudah Pemasangan
Single Tuned Passive filter.............................................................
51
4.7
Penurunan Tegangan Sumber menjadi 219 Volt ...........................
55
4.8
Penurunan Tegangan Sumber menjadi 218 Volt ...........................
56
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
2.1
Gelombang Perpaduan antara gelombang Harmonisa
dengan gelombang Normal ( Ideal ) ............................................
9
2.2
Spektrum urutan orde harmonisa .................................................
10
2.3
Liebert PSA Iton UPS 1000 VA...................................................
17
2.4
Rangkaian Penyearah ...................................................................
23
2.5
Rangkaian Inverter .......................................................................
24
2.6
Inverter Satu Fasa ........................................................................
24
2.7
Rangkaian Filter Pasif ..................................................................
26
2.8
Vektor segitiga daya untuk menentukan kebutuhan daya
reaktif Q .......................................................................................
28
3.1
Diagram Alir Penelitian ...............................................................
32
4.1
Rangkaian Simulasi Sebelum Pemasangan Filter ........................
42
4.2
Grafik Tegangan dan Arus Sebelum Pemasangan Filter .............
43
4.3
Spektrum Tegangan dan Arus Sebelum Pemasangan Filter ........
44
4.4
Rangkaian Simulasi Setelah Pemasangan Filter ..........................
46
4.5
Grafik Tegangan dan Arus Setelah Pemasangan Filter ...............
47
4.6
Spektrum Tegangan dan Arus Setelah Pemasangan Filter ..........
48
4.7
Diagram Perbandingan Arus Harmonisa Sebelum dan Setelah
Pemakaian Single Tuned Passive Filter .......................................
52
4.8
Simulasi Dengan Tegangan Sumber 219 Volt .............................
53
4.9
Simulasi Dengan Tegangan Sumber 218 Volt .............................
54
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Judul
Halaman
1.
Hasil Pengukuran UPS ...................................................................
2.
Record Gelombang Tegangan, Arus, Daya, Harmonisa,
3.
61
dan Frekuensi ................................................................................
62
Spectrum Harmonisa THDv dan THDi .........................................
64
Universitas Sumatera Utara