KARYA ILMIAH - UNUD
Transcript of KARYA ILMIAH - UNUD
i
KARYA ILMIAH
ANALISA PENANGGULANGANTHD (TOTAL HARMONIC DISTORTION) DENGANFILTER PASIF PADA SISTEM TENAGA LISTRIK
Oleh :
I MADE SUARTIKANIP. 196503261994121001
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS UDAYANA
KAMPUS BUKIT JIMBARAN - BALI2016
26
1
ABSTRAK
Beban-beban yang terdapat pada utiliti listrik biasanya terdiri dari beban-beban linier
dan nonlinier. Beban nonlinier mempunyai bentuk gelombang yang non sinusoidal karena
telah terdistorsi oleh arus harmonisa. Dari hasil simulasi THD (Total Harmonic Distortion)
pada beban listrik di RSUP Sanglah, untuk THDV sudah sesuai standar sedangkan untuk
THDi pada beberapa MDP tidak sesuai dengan standar ( IEEE standard 519 – 1992). Dengan
hasil THDi bervariasi antara 4,68% – 17,84% dan THDv bervariasi antara 0,46% - 3,77%.
Dengan pengoperaian filter pasif, THD arus mengalami penurunan, sehingga THD
arus dan THD tegangan memenuhi standar IEEE 152-1992. THD arus setelah pemakaian
filter menyentuh nilai terendah pada 2,36 % hingga nilai tertinggi pada 2,97%. Setelah
penambahan filter pasif, maka daya distorsi dari sistem kelistrikan di RSUP Sanglah menurun
dari 40.484,068 VA menjadi 15.437,219 VA. Sehingga daya distorsi mengalami penurunan
dengan total penurunan untuk keseluruhan feeder adalah 25.046,85 VA.
Kata kunci : THD (Total Harmonic Distortion), filter pasif, distorsi daya
2
2
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan Kehadapan Tuhan Yang Maha Esa / Ida Sang Hyang Widhi Wasa
atas rakhmat-Nya, karya ilmiah ini dapat kami selesaikan tepat pada waktunya. Judul karya ilmiah
kami adalah " Analisa penanggulangan THD (TOTAL HARMONIC DISTORTION) dengan Filter
Pasif pada sistem tenaga listrik".
Dalam menyelesaikan karya ilmiah ini, banyak bimbingan dan saran telah kami
dapatkan sehingga dapat diselesaikan tepat waktu. Untuk itu ucapan terima kasih kami
sampaikan kepada :
1. Bapak Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana, Prof. Ir. Ngakan Putu Gede
Suardana, MT., Ph.D.
2. Bapak Ketua Jurusan Teknik Elektro dan Komputer Fakultas Teknik Universitas
Udayana, Wayan Gede Ariastina, ST., MEngSc, Ph.D.
3. Pimpinan beserta staf Perpustakaan Universitas Udayana.
4. Semua teman-teman di lingkungan Fakultas Teknik Universitas Udayana yang telah
membantu kelancaran Karya Ilmiah ini, walaupun tidak kami sebutkan satu persatu.
Dengan segala kekurangan, kami senantiasa mengharapkan kritik membangun dan
semoga Karya Ilmiah ini ada manfaatnya.
Bukit Jimbaran, April 2016
Penulis
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL …………………………………………………………......................…………..iABSTRAK.........................………………………………………………….......................….......….iiKATA PENGANTAR .........................................................................................................................iiiDAFT AR ISI ..................................................................................................................... ................ ivDAFTAR GAMBAR ………………………………………………………...................…................v
3
3
DAFT AR TABEL ......................................................................................................... ....................viBAB IPENDAHULUAN ......................................................................................................................1
1.1Latar Belakang …………………………………………………………………………….11.2 Rumusan masalah…………………………………………………………………………..….11.3TujuanPenelitian………………………………………………………………………………..21.4 ManfaatPenelitian………………………………………………………………………..…….21.5Ruang Lingkup dan BatasanMasalah……………………………………………………….…2BAB II TINJAUANPUSTAKA……………………………………………………………………32.1 Kualitas Daya Listrik (PowerQuality)………………………………………………………...32.2 Harmonisa Pada Sistem TenagaListrik…………………………………………..………………32.2.1 Beban linier dannonlinier……………………………………………………………………42.2.1.1 Bebanlinier…………………………………………………………………………………42.2.1.2 Beban nonlinier..............................................................................................................42.2.2 Sumber harmonisa
utama………………………………………………………………….52.2.3Distorsi harmonik total (Total Harmonic Distortion / THD)………………………………..52.2.4 Harmonik pada jaringan distribusi....................................................................................62.3 Usaha-usaha Untuk MengurangiHarmonik...................................................................................62.3.1Memperbesar KawatNetral………………………………………………….…………….…72.3.2 Pemanfaatan FilterHarmonik......................................................................................................72.3.2.1 Jenis-jenis FilterPasif………………………………………………………………….…..72.3.2.2Ripple…………………………………………………………….……………………….…82.4 IEEE Standard 519 – 1992...................................................................................................92.4.2 Batas distorsi arus harmonisautiliti...................................................................................9BAB III METODEPENELITIAN……………………………………………………………..103.1 Tempat dan Waktu Penelitian............................................................................................103.2Data............................................................................................................................. ......103.2.1 Sumberdata………………………………………………………………………………...103.2.2 JenisData……………………………………………………………………………………10
4
4
3.2.3 Teknik pengumpulandata...............................................................................................103.3 AnalisisData…………………………………………………………………………………..103.4 AlurAnalisis……………………………………………………………………………………..11BAB IVPEMBAHASAN………………………………………………………………………...124.1 Sistem Kelistrikan di RSUPSanglah……………………………………………………….…124.2 Studi Analisis Total Harmonic Distortion (THD) dengan SimulasiMATLAB……………134.2.1 Analisis THD pada utiliti listrik di MDPI…………………………………………….……134.2.1.1 Analisis THD pada MLTP
I………………………………………………………………134.2.1.2 Analisis THD pada MLTP
II……………………………………………………………..154.3 Perbandingan antara simulasi dengan hasilpengukuran………………………………….…174.4Batas maksimum THD di RSUPSanglah…………………………………………………….174.4.1Batas maksimum THD arus di RSUPSanglah………………………………………….….174.4.2Analisis THD tegangan di RSUPSanglah…………………………………………….……194.5 Mengurangi THD (Total Harmonic Distortion) dengan menambahkan FilterPasif............204.5.1Menanggulangi THD arus di MDP2MLTP2....................................................................204.6 Perbandingan antara sebelum dan sesudah penambahanfilter...........................................22BAB V KESIMPULAN5.1 Simpulan
…………….27DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Bentuk gelombang arus dan tegangan pada bebanlinier................................................4Gambar 2.2 Arus yang diserap oleh bebannonlinier..........................................................................4Gambar 2.3 Bentuk gelombang arus dan tegangan pada bebannonlinier..........................................5Gambar 2.4 Representasi jaringan distribusi dengan beban nonlinier................................................6Gambar 2.5 Aliran arus harmonic.......................................................................................................6Gambar 2.6 Perubahan lintasan arusharmonik...................................................................................6Gambar 2.7 Rangkaian Passive Filter dalamSistem..........................................................................7
5
5
Gambar 2.8 Jenis-jenis filterpasif…………………………………………………………………...7Gambar 2.9 Ripple voltage (Ryder,1970)…………………………………………………………..8Gambar 3.1 Diagram alir (flow chart) aluranalisis…………………………………………………11Gambar 4.1 Single line diagram sistem kelistrikan RSUPSanglah………………………………...12Gambar 4.2 Model simulasi MDP1MLTP1………………………………………………………..13Gambar 4.3 Sinyal arus pada MDP1MLTP1....................................................................................14Gambar 4.4 Spektrum THD arus pada MDP1MLTP1.....................................................................14Gambar 4.5 Sinyal tegangan pada MDP1MLTP1.............................................................................15Gambar 4.6 Spektrum THD tegangan pada MDP1MLTP1.............................................................15Gambar 4.7 Sinyal arus pada MDP1MLTP2....................................................................................16Gambar 4.8 Spektrum THD arus pada MDP1MLTP2.....................................................................16Gambar 4.9 Sinyal tegangan pada MDP1MLTP2.............................................................................16Gambar 4.10 Spektrum THD tegangan pada MDP1MLTP2...........................................................16Gambar 4.11 Persentase harmonisa di MDP2MLTP2......................................................................20Gambar 4.12 Perancangan filter harmonisa pada sistem di MDP2MLTP2......................................21Gambar 4.13 Sinyal arus pada MDP2 MLTP2 setelah ditambah filterpasif.....................................22Gambar 4.14 Spektrum THD arus pada MDP2 MLTP2 setelah ditambah filterpasif.....................22
6
6
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 IEEE 519 - 1992, standar batas distorsi tegangan harmonik maksimum...................9Tabel 2.2 IEEE Standard 519 - 1992, standar batas distorsi arus harmonik maksimum...........9Tabel 4.1 Data total beban nonlinier di masing-masing MLTP……………………………...12Tabel 4.2 THDv dan THDi pada tiap-tiap MDP di RSUP Sanglah…………………………17Tabel 4.3 Total daya aktif pada tiap-tiap MDP di RSUP Sanglah…………………………..17Tabel 4.4 Hasil SCratio pada sistem kelistrikan RSUP Sanglah……………………………...18Tabel 4.5 Batas maksimum THD arus menurut IEEE standard 519 –1992
di RSUP Sanglah…………………………………………………………………..18Tabel 4.6 Perbandingan THDarus hasil simulasi dengan IEEE 519-1992…………………..19Tabel 4.7 Analisis THD tegangan menurut IEEE Standard 519 – 1992 di RSUP Sanglah...19Tabel 4.8 Hasil SCratio pada sistem kelistrikan RSUP Sanglah setelah penambahan filter,,...22Tabel 4.9 Data THD arus sebelum penambahan filter………………………………….......22Tabel 4.10 Data THD arus setelah penambahan filter……………………………………....22Tabel 4.11 Data power factor setelah penambahan filter dengan variasi daya aktif………..24Tabel 4.12 Data orde harmonisa di masing-masing MLTP sebelum penambahan filter……24Tabel 4.13 Daya Distorsi sebelum penambahan filter harmonisa………………..……….…25Tabel 4.14 Data orde harmonisa di masing-masing MLTP setelah penambahan filter…..…25Tabel 4.15 Penurunan daya distorsi setelah penambahan filter…………………………..…26
7
7
BAB IPENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Meningkatnya aktivitas kehidupan manusia secara langsung mengakibatkan semakin tinggi
permintaan akan penggunaan energi listrik. Sekarang ini banyak peralatan-peralatan listrik yang
dioperasikan berbasis elektronika daya, seperti diketahui alat-alat elktronika diklasifikasikan sebagai
bebean-beban nonlinier.
Beban linier merupakan suatu beban yang memiliki bentuk gelombang yang sinusoidal,
sedangkan beban nonlinier memiliki bentuk gelombang yang non sinusoidal karena telah terdistorsi
oleh arus harmonisa yang ditimbulkan oleh berbagai peralatan elektronik. Beberapa contoh beban
nonlinier, seperti : komputer, pendingin ruangan (AC), USG contron, Phototherapy dan peralatan
elektronik lainnya. Pada beban nonlinier (peralatan elektronik) selalu terdapat konverter berupa
penyearah yang mengkonversikan tegangan bolak balik dari beban ke tegangan searah untuk operasi
komponen elektronik. Konverter-konverter ini mempunyai karakteristik yang nonlinier, sehingga ia
merupakan sumber arus harmonisa bagi beban listrik. Tingginya tingkat kandungan harmonisa yang
terdapat pada beban listrik atau pada sistem distribusi tenaga listrik, dapat menyebabakan kualitas
daya sistem menjadi lebih buruk, karena faktor daya sistem menjadi lebih rendah, bentuk gelombang
tegangan sistem terdistorsi, rugi-rugi daya pada sistem meningkat, pemanasan lebih pada
transformator, dan penggunaan energi listrik menjadi tidak efisien.
Salah satu upaya pengurangan harmonisa yakni dengan menggunakan filter.Dengan
menggabungkan antara komponen R, komponen L dan komponen C akan terbentuk filter yang
disebut dengan filter harmonisa. Penggunaan filter harmonisa merupakan salah satu solusi yang tepat
untuk mengurangi harmonisa pada gelombang keluaran inverter dari peralatan listrik, karena filter
harmonisa memiliki unjuk kerja yang sensitif terhadap impedansi sistem.
untuk mengetahui cacat harmonik pada suatu sistem tenaga listri, maka pada Karya ilmiah ini
akan dianalisis THD (Total harmonic Distortion) pada sistem kelistrikan di RSUP Sanglah dengan
menggunakan perangkat lunak Simulink MATLAB 7.04. Dari hasil analisis ini akan diketahui tingkat
THD arus dan THD tegangannya, yang akan disesuaikan sehingga memenuhi standar-standar yang
diperbolehkan juga upaya penanganannya melalui penggunaan filter pasif.
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang tersebut diatas, dapat dirumuskan permasalahan dalam Karya ilmiah ini
yaitu, bagaimanakah analisis penggunaan filter pasif untuk menanggulangi THD (Total Harmonic
Distortion).
8
8
1.3 Tujuan
Tujuan dari disusunnya Karya Ilmiah ini adalah untuk menganalisa penggunaan filter pasif
untuk menanggulangi THD (Total Harmonic Distortion).
1.4 Manfaat
Dengan disusunnya Karya ilmiah ini diharapkan nanti dapat diketahui THD (Total Harmonic
Distortion) pada suatu sistem tenaga listrik dan juga cara meminimalisasikannya dengan
menggunakan filter pasif harmonisa..
1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah
Karena luas dan kompleknya permasalahan yang ada pada penanggulangan THD (Total
Harmonic Distortion), maka perlu dilakukan pembatasan masalah:
1. Model sistem tenaga listrik yang digunakan pada simulasi adalah sistem listrik dengan beban
yang seimbang.
2. Standar yang digunakan sebagai acuan batas maksimum THD yaitu IEEE standard 519 – 1992.
3. Studi analisis penanggulangan THD dengan menambahkan filter harmonisa pada Simulink
MATLAB 7.04.
9
9
BAB IITINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kualitas Daya Listrik (Power Quality)
Selama ini sebagian besar orang hanya peduli terhadap masalah kualitas daya listrik bila
tegangan turun atau tidak stabil atau seringnya terjadi pemadaman, padahal banyak sekali masalah
kualitas daya listrik yang dapat mempengaruhi sistem tenaga listrik, yang tentunya akan mengganggu
peralatan listrik di rumah-rumah maupun perindustrian seperti TV, kulkas, AC, dan sebagainya.
Bahkan tidak jarang hal ini menimbulkan masalah yang sangat besar seperti hilangnya data yang
tersimpan pada sistem komputer karena disebabkan turunnya tegangan beberapa detik saja.
Masalah kualitas daya listrik adalah suatu masalah daya yang dimanifestasikan di dalam
tegangan, arus atau turunnya frekuensi yang bisa menyebabkan kerusakan pada peralatan pelanggan.
Kriteria untuk mengatakan bahwa sistem tenaga listrik berkualitas baik adalah apabila masalah-
masalah yang timbul di dalam kualitas daya listrik dapat dihilangkan sekecil mungkin.
Masalah kualitas daya listrik menjadi semakin rumit karena disatu pihak kualitas daya listrik
tercemar oleh adanya peralatan-peralatan canggih maka di pihak lain peralatan-peralatan canggih
tersebut sangat sensitif terhadap kualitas daya listriknya. Dengan adanya pencemaran kualitas daya
listrik tersebut tidak sedikit peralatan-peralatan yang rusak sehingga kerugian waktu, kerugian
material, dan kerugian daya yang dialami juga tidak sedikit.
Tingkat keandalan suatu sistem penyedia tenaga listrik dapat dirasakan, misalnya dengan
tolak ukur jumlah rata-rata pemadaman yang dialami konsumen dalam satu tahun, serta rata-rata lama
padam dalam satu tahun.
Parameter-parameter yang dipakai untuk menilai mutu listrik adalah variasi tegangan, variasi
frekuensi, ketidakseimbangan, dan harmonik. Dalam sistem penyediaan tenaga listrik secara umum
tegangan di titik suplai diijinkan bervariasi + 5 % dan - 10 % (standar PLN) sedangkan untuk variasi
frekuensi di sini tidak diatur dalam bentuk standar tetapi lebih banyak diatur dalam bentuk petunjuk
operasi. Untuk sistem tenaga listrik Jawa-Bali-Madura diusahakan variasi frekuensi 0,5 Hz,
sedangkan daerah lainnya diusahakan tidak melebihi ( 1,5 Hz). Harmonik tegangan atau arus diukur
dari besarnya masing-masing komponen harmonik terhadap komponen dasarnya dinyatakan dalam
prosennya. Untuk memperoleh suatu parameter yang dipakai untuk menilai harmonik tersebut dipakai
cacat harmonik total (Total Harmonic Distortion).
2.2 Harmonisa Pada Sistem Tenaga Listrik
Kecenderungan penggunaan beban-beban elektronik dalam jumlah besar dalam selang waktu
kira-kira duapuluh tahun terakhir pada saat ini telah menimbulkan masalah yang tidak terkirakan
sebelumnya. Berbeda dengan beban-beban listrik yang menarik arus sinusoidal (sebentuk dengan
tegangan yang menyuplainya), beban-beban elektronik menarik arus dengan bentuk nonsinusoidal,
10
10
walaupun disuplai dari sumber tegangan sinusoidal. Beban yang memiliki sifat ini disebut sebagai
beban nonlinier.
Arus yang tidak berbentuk sinusoidal tersebut mengintrodusir komponen arus frekuensi tinggi
yang terinjeksi ke jala-jala, yang dikenal dengan nama arus harmonisa (karena itu fenomena ini
seringkali disebut dengan polusi harmonisa). Arus harmonisa ini ternyata menimbulkan sangat
banyak implikasi negatif, baik bagi pelanggan maupun power provider. Kerugian akibat harmonisa
mencakup aspek teknis, biaya dan keandalan.
2.2.1 Beban linier dan nonlinier
2.2.1.1 Beban linier
Beban linier adalah beban yang komponen arusnya proporsional terhadap tegangannya.
Terdapat hubungan yang linier antara arus dan tegangan sehingga bentuk gelombang arus akan sama
dengan bentuk gelombang tegangannya, seperti terlihat pada Gambar 2.1 di bawah ini. Beban linier
menyerap arus sinusoidal bila disuplai oleh tegangan sinusoidal. Contoh beban linier antara lain
pemanas, lampu pijar, dan lainnya.
Gambar 2.1 Bentuk gelombang arus dan tegangan pada beban linierSumber : Sutanto ; Buhron, 2001
2.2.2.2 Beban nonlinier
Beban yang komponen arusnya tidak proporsional terhadap komponen tegangannya, sehingga
bentuk gelombang arusnya tidak sama dengan bentuk gelombang tegangannya. Tidak terdapat
hubungan yang linier antara arus dan tegangan. Beban nonlinier menyerap arus non sinusoidal
demikian juga arus harmonik, walaupun disuplai oleh tegangan sinusoidal. Seperti gambar 2.2 di
bawah ini.
Gambar 2.2 Arus yang diserap oleh beban nonlinierSumber : Sutanto ; Buhron, 2001
Contoh beban nonlinier antara lain penyearah (power supply, UPS, komputer, pengaturan kecepatan
motor, lampu-lampu pelepasan), alat-alat ferromagnetik, motor DC, dan tungku busur api, serta
lainnya
11
11
Gambar 2.3 Bentuk gelombang arus dan tegangan pada beban nonlinierSumber : Sutanto ; Buhron, 2001
2.2.2 Sumber harmonisa utama
Bentuk gelombang yang non sinusioidal dapat terjadi karena empat sebab dasar, yaitu :
(Susiono, 1999)
1. Sumber tegangan atau sumber arus non sinusoidal, sedangkan elemen-elemen rangkaian (resistor,
induktor, dan kapasitor) adalah linear (independent)
2. Sumber tegangan atau sumber arus sinusoidal, sedangkan elemen-elemen rangkaian mengandung
elemen nonlinier.
3. Sumber tegangan atau sumber arus non sinusoidal, sedangkan elemen-elemen rangkaian
nonlinier.
4. Sumber tegangan atau sumber arus berupa sumber DC, sedangkan rangkaian mengandung
elemen yang berubah secara periodik.
2.2.3 Distorsi harmonik total (Total Harmonic Distortion / THD)
THD adalah ukuran dari nilai efektif bentuk gelombang yang terdistorsi dari komponen
harmonisa. THD disebut juga faktor distorsi (distortion factor). THD berlaku untuk arus dan
tegangan. THD digambarkan sebagai nilai rms dari harmonik di atas fundamental, dibagi dengan nilai
rms fundamental. DC diabaikan. (Grady, 2006). Jadi untuk arus,
2
I
I2
1
2
I2
I
THD1
2k
2k
1
2k
2
k
i
(2.1)
Formula yang sama diterapkan juga pada tegangan (THDv), yaitu :
2
V
V2
1
2
V2
V
THD1
2k
2k
1
2k
2
k
v
(2.2)
Distorsi arus (THDi) pada beban-beban bervariasi antara beberapa persen sampai lebih dari 100 %,
akan tetapi distorsi tegangan secara umum kurang dari 5 %. THD tegangan di bawah 5 % masih bisa
diterima dan yang lebih besar dari 10 % pasti tidak bisa diterima dan akan menyebabkan masalah
pada peralatan listrik yang peka (Grady, 2006).
12
12
2.2.4 Harmonik pada jaringan distribusi
Untuk mempermudah dalam menganalisa persoalan harmonik pada jaringan distribusi, maka
representasi suatu jaringan bisa dinyatakan dalam model jaringan dengan beban nonlinier seperti pada
Gambar 2.4 di bawah ini. (Susiono, 1999)
Gambar 2.4 Representasi jaringan distribusi dengan beban nonlinier
Pada penyulang distribusi radial dan pada penyulang yang melayani kawasan industri,
kecendrungan arus harmonik akan mengalir dari beban (sumber harmonik) ke arah sistem sumber
daya (power source). Hal ini terjadi karena, impedansi sumber biasanya relatif lebih kecil dari pada
impedansi sumber harmonik sehingga sebagian besar arus harmonik mengalir ke arah sumber daya,
seperti pada Gambar 2.5 di bawah ini. (Susiono, 1999)
Gambar 2.5 Aliran arus harmonic
Apabila pada saluran tersebut terpasang impedansi yang relatif rendah pada frekuensi harmonik, maka
lintasan arus harmonik akan berubah, hal seperti ini misalnya terjadi karena pemasangan bangku
kapasitor (capasitor bank) untuk perbaikan faktor daya pada beban. Kejadian seperti ini ditunjukkan
oleh Gambar 2.6 di bawah ini. (Susiono, 1999)
Gambar 2.6 Perubahan lintasan arus harmonik
Beban nonlinier umumnya berupa komponen semikonduktor, sehingga sebagian besar harmonik
merupakan fenomena yang timbul akibat bekerjanya suatu peralatan elektronik, misalnya komputer,
TV, motor listrik berpengaturan kecepatan, lampu hemat energi dengan ballast elektronik, dan
lainnya.
2.3 Usaha-usaha Untuk Mengurangi Harmonik
Ada beberapa cara yang dapat dilakukan untuk mengurangi pengaruh harmonik pada sistem
distribusi antara lain:
13
13
2.3.1 Memperbesar Kawat Netral
Setiap sistem distribusi biasanya memakai sistem 3 phase empat kawat, yaitu 3 kawat untuk
ketiga phase dan 1 kawat lagi untuk netral. Apabila beban yang dipasok non linier sehingga pengaruh
harmonik lebih dominan maka untuk mengatasi panas lebih pada kawat netral akibat pengaruh
harmonik sebaiknya ukuran kawat netral diperbesar dari ukuran standarnya. Begitu juga pada panel-
panel listrik disarankan kawat netral untuk sistem pentanahannya diperbesar dari ukuran standarnya.
2.3.2 Pemanfaatan Filter Harmonik
Untuk instalasi konsumen yang memerlukan kualitas listrik yang lebih baik dan handal, untuk
mengurangi pengaruh harmonik maka pada transformator distribusi atau panel kontrol utama perlu
dipasang peralatan proteksi, yaitu antara lain filter harmonik (harmonic filter) baik filter aktif atau
filter pasif. Filter aktif bekerja dengan cara mengkompensasi arus harmonisa yang timbul pada sistem
tenaga yang diakibatkan oleh penggunaan beban-beban nonlinier. Selain dapat mengeliminasi
harmonisa yang timbul, filter aktif ini juga dapat memperbaiki faktor daya dalam suatu sistem tenaga
listrik.
Filter pasif merupakan metode penyelesaian yang efektif dan ekonomis untuk masalah
harmonisa. Filter pasif sebagian besar didesain untuk memberikan bagian khusus untuk mengalihkan
arus haromonisa yang tidak diinginkan dalam sistem tenaga. Filter pasif banyak digunakan untuk
mengkompensasi kerugian daya reaktif akibat adanya harmonisa pada sistem instalasi. Rangkaian
filter pasif terdiri dari komponen R, L, dan C. Komponen utama yang terdapat pada filter pasif adalah
kapasitor dan induktor. Kapasitor dihubungkan seri atau paralel untuk memperoleh sebuah total rating
tegangan dan kVAR yang diinginkan. Sedangkan induktor digunakan dalam rangkaian filter
dirancang mampu menahan selubung frekuensi tinggi yaitu efek kulit (skin effect). (Tanoto, 2005)
Gambar 2.7 Rangkaian Passive Filter dalam Sistem
2.3.2.1 Jenis-jenis Filter Pasif
Gambar 2.8 memperlihatkan beberapa jenis filter pasif yang umum beserta konfigurasi dan
impedansinya. Single-tuned filter atau bandpass filter adalah yang paling umum digunakan. Dua buah
Single-tuned filter akan memiliki karakteristik yang mirip dengan double bandpass filter.
Gambar 2.8 Jenis-jenis filter pasif
14
14
Tipe filter pasif yang paling umum digunakan adalah single-tuned filter. Filter umum ini biasa
digunakan pada tegangan rendah. Rangkaian filter ini mempunyai impedansi yang rendah.
Sebelum merancang suatu filter pasif, maka perlu diketahui besarnya kebutuhan daya reaktif
pada sistem. Daya reaktif sistem ini diperlukan untuk menghitung besarnya nilai kapasitor yang
diperlukan untuk memperbaiki sistem tersebut. (Vita, 2000)
- Untuk menghitung nilai kapasitor pada Filter Pasif :
Cn =.V
Q2LN
n (2.3)
- Untuk menghitung nilai induktor pada Filter Pasif :
Ln =nxC2f) x x(2
1
(2.4)
2.3.2.2Ripple
Secara umum istilah ripple dalam ilmu elektronika merupakan variasi periodik yang tidak
diinginkan dari supply arus dc (direct current) yang telah mengalami konversi menjadi arus ac
(alternating current). Sebagai time-varying, domain frekwensi ripple akan meningkat dibeberapa jenis
filter dan signal proccesing lainnya. Ripple dapat merupakan efek yang tidak diinginkan, tetapi dapat
ditolerir sampai pada tingkat ripple tertentu.
Ripple factor (Y) didefinisikan sebagai perbandingan antara nilai rms dari tegangan ripple
pada komponen dc pada output tegangan. Dapat juga dikatakan ripple voltage merupakan nilai peak-
to-peak dari output tegangan.
Gambar 2.9 Ripple voltage (Ryder, 1970)
Tegangan peak-to-peak dapat diformulasikan sebagai berikut (Ryder, 1970) :
- Untuk penyearah gelombang penuh
Vpp =2fC
I(V) (2.5)
- Untuk penyearah setengah gelombang
Vpp =fC
I(V) (2.6)
Dan untuk ripple factor dapat di formulasikan sebagai berikut
RF =.C.R.f34
1 (2.7)
15
15
RF =0.236R
L(2.8)
Dimana,
RF adalah Ripple factor (dimana RF sebesar 5% untuk Vinput 220V)
Vpp adalah tegangan peak-to-peak ripple I adalah arus pada sirkuit
f adalah frekensi sistem AC C adalah kapasitansi
R adalah resistansi
2.4 IEEE Standard 519 - 1992
2.4.1 Batas distorsi tegangan harmonik utiliti
Utiliti-utiliti perlu mempertimbangkan kandungan harmonik dari gelombang AC sebagai
suatu faktor dalam menentukan kualitas layanan mereka. Tabel 11.1 dari IEEE Std. 519 - 1992,
menyarankan nilai-nilai berikut sebagai sebagai batas maksimum yang direkomendasikan untuk
distorsi tegangan.
Tabel 2.1 IEEE 519 - 1992, standar batas distorsi tegangan harmonik maksimum
Voltage at PCC Individual ComponentVoltage Distortion
Total Voltage Distortion(THDVF)
V ≤ 69 KV 3.00 % 5.00 %69 KV < V ≤ 161 KV 1.50 % 2.50 %
V ≤ 161 KV 1.00 % 1.50 %Sumber : Duffey, 1989
2.4.2 Batas distorsi arus harmonisa utiliti
Tabel 2.2 IEEE Standard 519 - 1992, standar batas distorsi arus harmonik maksimum
MAXIMUM HARMONIC CURRENT DISTORTIONIN % OF FUNDAMENTAL
ISC/ILHarmonic Order (Odd Harmonic) THD
(%)< 11 11 ≤ h ≤ 17 17 ≤ h ≤ 23 23 ≤ h ≤ 25 35 ≤ h< 20* 4.0 2.0 1.5 0.6 0.3 5.020-50 7.0 3.5 2.5 1.0 0.5 8.050-100 10.0 4.5 4.0 1.5 0.7 12.0
100-1000 12.0 5.5 5.0 2.0 1.0 15.0> 1000 15.0 7.0 6.0 2.5 1.4 20.0
Even harmonics are limited to 25 % of the odd harmonic limits above* All power generation equipment is limited to these values ofcurrent distortion, regardless of actual ISC/IL
Where ISC = Maximum short circuit current at PCCAnd IL = Maximum load current (fundamental frequency) at PCCFor PCC’s from 69 to 138 kV, the limits are 50 percent of the limitsabove. A case-by-case evaluation is required for PCC’s of 138 kV an above.
Sumber : Duffey, 1989
16
16
BAB IIIMETODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian dilakukan dengan mengadakan survey di Rumah Sakit Umum Pusat Sanglah
yang beralamat di Jl. Kesehatan no. 1 Denpasar, Bali. Penelitian ini dilaksanakan dari bulan April
sampai dengan Mei 2013.
3.2 Data
Data-data yang dipergunakan dalam penelitian ini antara lain :
1. Data single line diagram sistem kelistrikan di RSUP Sanglah
2. Data jumlah, tipe, dan kapasitas beban nonlinier yang terpasang pada setiap ruangan yang
tersambung pada MLTP di masing-masing MDP, data trafo, dan data panjang dan spesifikasi
kabel..
3.2.1 Sumber data
Data-data yang didapatkan dalam penelitian ini bersumber dari Data sistem kelistrikan
RSUP Sanglah.
3.2.2 Jenis Data
Data-data yang digunakan dalam penelitian ini merupakan data primer, antara lain data
single line diagram sistem kelistrikan di RSUP Sanglah, data jumlah dan tipe serta kapasitas
beban nonlinier yang terpasang pada setiap ruangan yang tersambung pada setiap MLTP di
masing-masing MDP, data kapasitas trafo daya pada masing-masing MDP dan data panjang serta
spesifikasi kabel dari MLTP ke setiap ruangan yang disuplainya.
3.2.3 Teknik pengumpulan data
Dalam penelitian ini, pengumpulan data-data yang diperoleh berdasarkan metode-metode
seperti berikut ini, yaitu :
1. Metode observasi
Metode pengumpulan data dengan melakukan pencarian data-data yang dipergunakan dalam
penelitian ini ke instansi-instansi yang terkait maupun wawancara dengan narasumber.
2. Penelaahan kepustakaan
Metode pengumpulan data yang dilakukan dengan membaca literatur-literatur yang berkaitan
dengan permasalahan yang diangkat dalam penelitian ini.
3.3 Analisis Data
Analisis data dalam pembahasan tugas akhir ini dilakukan dalam beberapa tahap, antara lain :
1. Mengelompokan beban-beban nonlinier di tiap-tiap ruangan pada MLTP masing-masing MDP.
2. Menghitung total kapasitas daya aktif (watt) beban nonlinier pada tiap-tiap ruangan.
3. Menganalisis Total Harmonic Distortion, baik THDi maupun THDv dengan menggunakan
perangkat lunak Simulink MATLAB 7.0.4.
17
17
4. Membandingkan batas maksimum THD berdasarkan IEEE standard 519 – 1992 untuk
mengetahui lokasi-lokasi yang THDnya tidak sesuai standar
5. Menentukan filter harmonisa pada rangkaian yang telah dibuat sebelumnya pada perangkat lunak
Simulink MATLAB 7.0.4.
3.5 Alur Analisis
Gambar 3.1 Diagram alir (flow chart) alur analisis
Mulai
Data single line diagram sistem kelistrikan di RSUP
Sanglah.
Data jumlah dan kapasitas beban nonlinear yang
terpasang pada feeder trafo daya di tiap-tiap MDP.
Data teknik trafo daya masing-masing MDP.
Data panjang dan spesifikasi feeder
Menghitung total kapasitas daya aktif (watt) beban nonliniear
pada tiap-tiap feeder.
Analisis THD arus dan THD tegangan dengan melakukan
simulasi menggunakan program Simulink MATLAB 7.0.4
Analisis desain filter pasif dengan menggunakan Simulink
MATLAB 7.0.4.
Akhir
THDi dan THDv
dimasing lokasi sudah
sesuai Standar?
Analisis hasil simulasi berdasarkan IEEE standard 519-1992.
Y
T
18
18
BAB IVPEMBAHASAN
4.1 Sistem Kelistrikan di RSUP Sanglah
Sistem distribusi primer di RSUP Sanglah terbagi ke dalam lima buah MDP (Main
Distribution Panel), yang mana pada masing-masing MDP terdapat dua buah transformator tenaga
yang menyuplai beban-beban pada MDP tersebut. Dari suplai PLN dan genset menuju ke Main Power
House yang kemudian didistribusikan ke masing-masing MDP. Dari masing-masing MDP, daya
listrik kemudian disalurkan ke MLTP (Main Low Terminal Panel) yang selanjutnya menuju DP
(Distribution Panel), dan dari DP disalurkan ke beban atau pemakai. Untuk lebih jelasnya dapat
dilihat pada gambar single line diagram sistem kelistrikan RSUP Sanglah di bawah ini.
Gambar 4.1 Single line diagram sistem kelistrikan RSUP Sanglah
Tabel 4.1 Data total beban nonlinier di masing-masing MLTP
MDP Tempat Daya Aktif(watt)
1MLTP 1 82023
MLTP 2 29845
2MLTP 1 129017
MLTP 2 86041
3MLTP 1 85062
MLTP 2 181794
4MLTP 1 125857
MLTP 2 168875
5
MLTP 1 89460
MLTP 2 146757
MLTP 3 36545
19
19
4.2 Studi Analisis Total Harmonic Distortion (THD) dengan Simulasi MATLAB
4.2.1 Analisis THD pada utiliti listrik di MDP I
4.2.1.1 Analisis THD pada MLTP I
Simulasi dilakukan dengan mengunakan model sistem seperti berikut ini :
Gambar 4.2 Model simulasi MDP1 MLTP1
Sumber tiga phasa (three phase source) ekivalen dengan transformator yang menyuplai
MLTP 1 dimana tegangan sekunder sebesar 400/231 daya 250 kVA dengan koneksi segitiga-bintang
grounding dengan impedansi (Z) = 4 %, frekwensi 50 Hz, R= 1,20 % dan X 3,82 %. Nilai Rs dapat di
cari dengan menggunakan persamaan berikut :
ZtxMVA3φ
φ)kVφ 2( x Ztx (%)
0.250.42
x 4 % = 0,0256
Dimana X/R =1.2
82.3 = 3.183, maka
2Z = 2X + 2R
2(0.0256) = 2(3.183R) + 2R
6,5536e-4 = 10,131489 2R + 1 2R
R = 0,00767 Ω
karena R = Rs, sehingga Rs = 0.00767 Ω
Sedangkan nilai Ls adalah sebagai berikut :
Ls = L =fπ2
X( Henry) =
fπ2
X=
2x3.14x50
3.18R=
314
0.00244= 7,778e-5 Henry
Diketahui beban nonlinear yang terpasang di MLTP 1 pada MDP 1 sebesar 82023 Watt,
dimana beban yang digunakan hanya 80% dari total beban nonlinear yang terpasang. Diasumsikan
beban nonlinear ini terpasang seimbang pada feeder trafo. Dengan beban yang seimbang maka tiap
20
20
phasa (R,S dan T) memiliki besar beban yang sama. Untuk data input pada beban non linear adalah
sebagai berikut :
Beban pada tiap Phasa =3
%803Beban Watt =
3
%8082023Watt = 21.872,8 Watt
R bebanP
V2
21872,82202
Ω = 2,213 Ω
Karena beban bersifat induktif maka komponen induktansi dari beban adalah :
C =.RF.R.f34
1(farad) =
2,2130.05x50x x34
1= 0,026 Farad
=, dimana RF (Ripple Factor) sebesar 5% untuk Vinput penyearah 220 Vac.
Maka didapat nilai induktansi dengan persamaan sebagai berikut :
L =Cf.2
R0.236
(Henry) =
0.026 x3.14x50x2
x2,2130.236(Henry) = 0,064 Henry
A. Hasil simulasi THD arus
Dengan bantuan FFT Tools hasil simulasi berupa gelombang arus akan dianalisis untuk
mengetahui kandungan THD pada sinyal-sinyal tersebut. Adapun hasil simulasi dari pemodelan yang
dilakukan terhadap kandungan THD arus di MDP1 MLTP1 adalah sebagai berikut:
Gambar 4.3 Sinyal arus pada MDP1 MLTP1
Waktu sampling sinyal pada 5,0 detik dengan jumlah cycle sebanyak 2 cycles.Untuk
kandungan THD Arus adalah sebagai berikut.
Gambar 4.4 Spektrum THD arus pada MDP1 MLTP1
21
21
B. Hasil simulasi THD Tegangan
Dengan bantuan FFT Tools hasil simulasi berupa sinyal tegangan akan dianalisis untuk
mengetahui kandungan THD pada sinyal-sinyal tersebut. Adapun hasil simulasi dari pemodelan yang
dilakukan terhadap kandungan THD tegangan di MDP1 MLTP1 adalah sebagai berikut:
Gambar 4.5 Sinyal tegangan pada MDP1 MLTP1
Waktu sampling sinyal pada 5,0 detik dengan jumlah cycle sebanyak 2 cycles.Untuk
kandungan THD tegangan adalah sebagai berikut.
Gambar 4.6 Spektrum THD tegangan pada MDP1 MLTP1
Parameter hasil simulasi tersebut antara lain
- Vfundamental = 216,8 Volt
- Ifundamental = 311,5 Ampere
- THD Arus = 5,59%
- THD Tegangan = 0,82%
- Vrms = 153,3 Volt
4.2.1.2 Analisis THD pada MLTP II
Dengan menggunakan cara dan rumus yang sama dengan simulasi pada MDPI MLTPI, maka
diperoleh hasil sebagai berikut:
A. Hasil simulasi THD arus
Dengan bantuan FFT Tools hasil simulasi berupa gelombang arus akan dianalisis untuk
mengetahui kandungan THD pada sinyal-sinyal tersebut. Adapun hasil simulasi dari pemodelan yang
dilakukan terhadap kandungan THD arus di MDP1 MLTP2 adalah sebagai berikut:
22
22
Gambar 4.7 Sinyal arus pada MDP1 MLTP2
Waktu sampling sinyal pada 0,7 detik dengan jumlah cycle sebanyak 2 cycles.Untuk
kandungan THD Arus adalah sebagai berikut.
Gambar 4.8 Spektrum THD arus pada MDP1 MLTP2
B. Hasil simulasi THD Tegangan
Dengan bantuan FFT Tools hasil simulasi berupa sinyal tegangan akan dianalisis untuk
mengetahui kandungan THD pada sinyal-sinyal tersebut. Adapun hasil simulasi dari pemodelan yang
dilakukan terhadap kandungan THD tegangan di MDP1 MLTP2 adalah sebagai berikut:
Gambar 4.9 Sinyal tegangan pada MDP1 MLTP2
Waktu sampling sinyal pada 0,3 detik dengan jumlah cycle sebanyak 2 cycles.Untuk
kandungan THD tegangan adalah sebagai berikut.
Gambar 4.10 Spektrum THD tegangan pada MDP1 MLTP2
Parameter hasil simulasi tersebut antara lain
- Vfundamental = 218,9 Volt
- Ifundamental = 222,1 Ampere
- THD Arus = 10,47%
23
23
- THD Tegangan = 0,85%
- Vrms = 154,8 Volt
4.3 Perbandingan antara simulasi dengan hasil pengukuran
Dengan cara yang sama THDi dan THDv dapat disimulasikan. Berdasarkan hasil simulasi
matlab, maka diperoleh nilai THDi dan THDv untuk semua MDP dapat dilihat seperti berikut:
Tabel 4.2 THDv dan THDi pada tiap-tiap MDP di RSUP Sanglah
MDP Tempat THDv (%) THDi (%)
1
MLTP 1 0.82 5.59
MLTP 2 0.85 10.47
2
MLTP 1 0.46 9.84
MLTP 2 0.84 10.22
3
MLTP 1 0.85 9.91
MLTP 2 1.78 9.79
4
MLTP 1 0.53 4.68
MLTP 2 1.74 10.86
5
MLTP 1 1.1 6.8
MLTP 2 2.6 17.84
MLTP 3 3.77 10.03
4.4 Batas maksimum THD di RSUP Sanglah
4.4.1 Batas maksimum THD arus di RSUP Sanglah
Menurut IEEE Standard 519 - 1992, untuk menentukan standar batas maksimum THDi pada
utiliti, maka harus diketahui terlebih dahulu rasio hubung singkat (short-circuit ratio). SCratio dapat
dicari dengan menggunakan rumus :
L
SCratio I
ISC
Keterangan : SCI = Arus hubung singkat maksimum pada PCC
LI = Arus beban maksimum
Berikut ini adalah data total daya aktif beban dari beban-beban listrik pada tiap-tiap MDP di
RSUP Sanglah yang diperoleh dengan menjumlahkan daya-daya setiap beban listrik yang tersambung
pada tiap-tiap trafo daya pada masing-masing MDP.
Tabel 4.3 Total daya aktif pada tiap-tiap MDP di RSUP Sanglah
MDP Tempat Total Daya Aktif (KW)
1MLTP 1 120.289MLTP 2 49.235
2MLTP 1 163.767MLTP 2 161.671
3MLTP 1 108.887MLTP 2 207.097
24
24
4MLTP 1 181.497MLTP 2 227.611
5MLTP 1 153.470MLTP 2 154.157MLTP 3 36.545
Data tentang arus hubung singkat dan arus beban pada RSUP sanglah diperoleh dari hasil
analisis yang telah dilakukan dengan menggunakan Simulink MATLAB 7.04. Sehingga didapatkan
parameter-parameter untuk menentukan batas maksimum THD arus pada sistem kelistrikan RSUP
Sanglah.
Tabel 4.4 Hasil SCratio pada sistem kelistrikan RSUP Sanglah
MDP Tempat ISC (A) IL (A) SCratio (ISC/IL)
1MLTP 1 8110.91 205.79 39.413MLTP 2 7513.70 83.35 90.150
2MLTP 1 16942.08 275.97 61.391MLTP 2 7362.42 272.19 27.049
3MLTP 1 7725.35 182.74 42.275MLTP 2 7978.18 349.78 22.809
4MLTP 1 8036.63 306.13 26.253MLTP 2 8036.63 384.60 20.896
5MLTP 1 6377.91 263.29 24.224MLTP 2 6322.77 259.30 24.384MLTP 3 1674.81 62.96 26.602
Pada tabel 4.4 di atas dapat dilihat besarnya short-circuit ratio pada sistem kelistrikan di
RSUP Sanglah yang berkisar antara 20,896 sampai 90,15. Berdasarkan hasil short-circuit ratio yang
didapatkan, sesuai dengan IEEE Standard 519 – 1992, batas maksimum THD arus untuk SCratio antara
20 sampai dengan 50 adalah 8.0 %, untuk SCratio dan SCratio antara 50 sampai dengan 100 adalah 12.0
%. Jadi, batas maksimum THD arus yang diperbolehkan pada sistem kelistrikan di RSUP Sanglah
adalah 12.0 % untuk MLTP2 MDP1 dan MLTP1 MDP2, dan untuk MDP-MDP yang lainnya batas
THD arus maksimum yang diperbolehkan yaitu 8.0 %.
Tabel 4.5 Batas maksimum THD arus menurut IEEE standard 519 – 1992 di RSUP Sanglah
MDP TempatShort-Circuit Ratio (SCratio) THDimax
(%)RSUP Sanglah IEEE Standar519 - 1992
1Trafo 1 39.413 20 - 50 8.0Trafo 2 90.150 50 - 100 12.0
2Trafo 1 61.391 50 - 100 12.0Trafo 2 27.049 20 - 50 8.0
3Trafo 1 42.275 20 - 50 8.0Trafo 2 22.809 20 - 50 8.0
4Trafo 1 26.253 20 - 50 8.0Trafo 2 20.896 20 - 50 8.0
5 Trafo 1 24.224 20 - 50 8.0
25
25
Trafo 2 24.384 20 - 50 8.0Trafo 3 26.602 20 - 50 8.0
Sehingga berikut merupakan nilai perbandingan antara nilai kandungan harmonisa pada tiap
feeder trafo MLTP hasil simulasi dengan standar yang digunakan yaitu IEEE 519-1992.
Tabel 4.6 Perbandingan THDarus hasil simulasi dengan IEEE 519-1992
Standar HasilMDP Tempat IEEE Simulasi KET
519-1992THD(%) THD (%)
MLTP 1 8.0 5.59 Tidak perlu kompensasi
1 MLTP 2 12.0 10.47 Tidak perlu kompensasi
MLTP 1 12.0 9.84 Tidak perlu kompensasi
2 MLTP 2 8.0 10.22 Perlu kompensasi
MLTP 1 8.0 9.91 Perlu kompensasi
3 MLTP 2 8.0 9.79 Perlu kompensasi
MLTP 1 8.0 4.68 Tidak perlu kompensasi
4 MLTP 2 8.0 10.86 Perlu kompensasi
MLTP 1 8.0 6.8 Tidak perlu kompensasi
5 MLTP 2 8.0 17.84 Perlu kompensasi
MLTP 3 8.0 10.03 Perlu kompensasi
4.4.2 Analisis THD tegangan di RSUP Sanglah
Batas maksimum THD tegangan yang diperbolehkan pada MDP-MDP di RSUP Sanglah
menurut IEEE standard 519 – 1992 adalah 5.0 %, karena tegangan di Sanglah dibawah 69KV.
Berikut merupakan hasil perbandingan antara nilai hasil simulasi THD tegangan dengan standar IEEE
519-1992.
Tabel 4.7 Analisis THD tegangan menurut IEEE Standard 519 – 1992 di RSUP Sanglah
Standar IEEE HasilMDP Tempat 519-1992 Simulasi KET
THD(%) THD (%)MLTP 1 5 0.82 Tidak perlu kompensasi
1 MLTP 2 5 0.85 Tidak perlu kompensasi
MLTP 1 5 0.46 Tidak perlu kompensasi
2 MLTP 2 5 0.84 Tidak perlu kompensasi
MLTP 1 5 0.85 Tidak perlu kompensasi
3 MLTP 2 5 1.78 Tidak perlu kompensasi
MLTP 1 5 0.53 Tidak perlu kompensasi
4 MLTP 2 5 1.74 Tidak perlu kompensasi
MLTP 1 5 1.1 Tidak perlu kompensasi
5 MLTP 2 5 2.6 Tidak perlu kompensasi
MLTP 3 5 3.77 Tidak perlu kompensasi
26
26
Dari tabel 4.7 dapat dilihat bahwa pada kelima MDP, THD tegangan hasil simulasi MATLAB
masih dapat diterima / sesuai dengan standar yang diperbolehkan.
4.5 Mengurangi THD (Total Harmonic Distortion) dengan menambahkan Filter Pasif
Dari data diatas, diketahui bahwa THD tegangan di RSUP Sanglah sudah sesuai dengan
standar IEEE 152-1992. Sedangkan untuk THD arus, terdapat beberapa MDP yang tidak sesuai
dengan standar. Maka dari itu, perlu ditambahkan beberapa filter pasif untuk mengurangi THD arus
dibeberapa tempat yang THD arusnya melewati batas standar IEEE 152-1992.
4.5.1 Menanggulangi THD arus di MDP2 MLTP2
Dari hasil simulasi, diketahui bahwa THD arus di MDP2 MLTP2 sebesar 10,22 % dengan
perincian sebagai berikut :
Gambar 4.11 Persentase harmonisa di MDP2 MLTP2
Sebelum perancangan filter pasif ini, maka perlu diketahui besarnya kebutuhan daya reaktif
pada sistem. Daya reaktif pada sistem ini diperlukan untuk memperbaiki sistem tersebut. Dari
simulasi telah didapat hasil bahwa besarnya daya reaktif adalah sebesar 35,39 KVar.
Perbandingan persentase harmonisa (arus) yang dominan (ketiga, kelima dan ketujuh) adalah
8,97%, 3,89%, dan 2,20%. Sehingga daya reaktif untuk masing-masing filter harmonisa :
Q3 = 8,97% x 35.390 = 3174,483 Var
Q5 = 3,89% x 35.390 = 1376,671 Var
Q7 = 2,20% x 35.390 = 778,58 Var
Dengan menggunakan persamaan (2.3) dan (2.4) maka dapat dihitung kapasitas masing-
masing filter pasif harmonisa, yaitu:
Filter F3/ 150 Hz
27
27
Filter ini berjenis single-tuned filter, pada tegangan VLN 220V, dengan nilai komponen
sebagai berikut :
C3 =.V
Q2LN
3 =502220
3174,4832
= 209 F
L3 =3
2f) x x(2
1
xC=
6209150) x14,3 x(2
12 e
= 5,4 mH
Filter F5/ 250 Hz
Filter ini berjenis single-tuned filter, pada tegangan VLN 220V, dengan nilai komponen
sebagai berikut :
C5 =.V
Q2LN
5 =502220
1376,6712
= 91 F
L5 =5
2f) x x(2
1
xC=
691250) x14,3 x(2
12 e
= 4,48 mH
Filter F7/ 350 Hz
Filter ini berjenis single-tuned filter, pada tegangan VLN 220V, dengan nilai komponen
sebagai berikut :
C7 =.V
Q2LN
7 =502220
778,582
= 51 F
L7 =7
2f) x x(2
1
xC=
651350) x14,3 x(2
12 e
= 4,04 mH
Ketiga filter pasif tersebut dihubungkan kesistem seperti gambar 4.12 dibawah ini:
Gambar 4.12 Perancangan filter harmonisa pada sistem di MDP2 MLTP2
Dengan bantuan FFT Tools hasil simulasi berupa gelombang arus akan dianalisis untuk
mengetahui kandungan THD pada sinyal-sinyal tersebut. Adapun hasil simulasi dari pemodelan yang
28
28
dilakukan terhadap kandungan THD arus di MDP2 MLTP2 setelah ditambahkan filter pasif adalah
sebagai berikut:
Gambar 4.13 Sinyal arus pada MDP2 MLTP2 setelah ditambah filter pasif
Waktu sampling sinyal pada 3,0 detik dengan jumlah cycle sebanyak 2 cycles.Untuk
kandungan THD Arus adalah sebagai berikut.
Gambar 4.14 Spektrum THD arus pada MDP2 MLTP2 setelah ditambah filter pasif
Parameter hasil simulasi tersebut antara lain
- THD Arus = 2.34%
- Harmonisa ke3 = 1,24%
- Harmonisa ke5 = 0,88%
- Harmonisa ke7 = 0,44%
- Vrms = 156,6 Volt
Dengan cara yang sama penanggulangan THD arus dapat dilakukan untuk MDP3 MLTP1, MDP3
MLTP2, MDP4 MLTP2, MDP5 MLTP2, MDP5 MLTP3 sehingga SCratio dapat ditentukan.
4.6 Perbandingan antara sebelum dan sesudah penambahan filter
Setelah penambahan filter, maka perlu dihitung kembali SCratio untuk menentukan standar
batas maksimum THDi pada utiliti setelah ditambah filter. Maka harus diketahui terlebih dahulu arus
hubung singkat dan arus beban setelah penambahan filter. Data tentang arus hubung singkat dan arus
beban pada RSUP sanglah setelah penambahan diperoleh dari hasil analisis yang telah dilakukan
dengan menggunakan Simulink MATLAB 7.04, yaitu:
Tabel 4.8 Hasil SCratio pada sistem kelistrikan RSUP Sanglah setelah penambahan filter
MDP Tempat ISC (A) IL (A) SCratio (ISC/IL)
1MLTP 1 - - -MLTP 2 - - -
2MLTP 1 - - -MLTP 2 7362.42 271.33 27.135
29
29
3MLTP 1 7698.25 182.25 42.241MLTP 2 7949.28 348.67 22.799
4MLTP 1 - - -MLTP 2 8007.30 383.38 20.886
5MLTP 1 - - -MLTP 2 6286.53 257.66 24.398MLTP 3 1665.91 62.55 26.633
Dari hasil simulasi, diperoleh nilai THD tegangan di RSUP Sanglah tidak perlu
dikompensasikan, sedangkan THD arus dibeberapa MLTP perlu adanya kompensasi karena melebihi
standar IEEE 519-1992. Setelah penambahan filter, maka THD arus menjadi menurun dan sesuai
dengan standar IEEE 519-1992. Dimana data THD arus sebelum dan sesudah penambahan filter
dapat dilihat pada tabel 4.9 dan tabel 4.10 dibawah ini:
Tabel 4.9 Data THD arus sebelum penambahan filter
MDP TempatRSUP Sanglah Standar IEEE
KeteranganIsc/IL THD (%) Isc/IL THD (%)
1MLTP 1 39.413 5.59 20 - 50 8.0 Sesuai StandarMLTP 2 90.150 10.47 50 - 100 12.0 Sesuai Standar
2MLTP 1 61.391 9.84 50 - 100 12.0 Sesuai StandarMLTP 2 27.049 10.22 20 - 50 8.0 Perlu kompensasi
3MLTP 1 42.275 9.91 20 - 50 8.0 Perlu kompensasiMLTP 2 22.809 9.79 20 - 50 8.0 Perlu kompensasi
4MLTP 1 26.253 4.68 20 - 50 8.0 Sesuai StandarMLTP 2 20.896 10.86 20 - 50 8.0 Perlu kompensasi
5MLTP 1 24.224 6.8 20 - 50 8.0 Sesuai StandarMLTP 2 24.384 17.84 20 - 50 8.0 Perlu kompensasiMLTP 3 26.602 10.03 20 - 50 8.0 Perlu kompensasi
Tabel 4.10 Data THD arus setelah penambahan filter
MDP TempatRSUP Sanglah Standar IEEE
KeteranganIsc/IL THD (%) Isc/IL THD (%)
1MLTP 1 - - - - -MLTP 2 - - - - -
2MLTP 1 - - - - -MLTP 2 27.135 2.34 20 - 50 8.0 Sesuai Standar
3MLTP 1 42.241 2.6 20 - 50 8.0 Sesuai StandarMLTP 2 22.799 2.83 20 - 50 8.0 Sesuai Standar
4MLTP 1 - - - - -MLTP 2 20.886 2.97 20 - 50 8.0 Sesuai Standar
5MLTP 1 - - - - -MLTP 2 24.398 2.66 20 - 50 8.0 Sesuai StandarMLTP 3 26.633 1.41 20 - 50 8.0 Sesuai Standar
Karena beban yang dioperasikan di RSUP sangatlah bervariasi, maka perlu dicari nilai power
factor dimasing-masing MLTP pada sistem di RSUP Sanglah. Dengan menginputkan daya aktif
30
30
bervariasi, maka diperoleh power factor dimasing-masing MLTP setelah penambahan filter pasif
seperti table berikut:
Tabel 4.11 Data power factor setelah penambahan filter dengan variasi daya aktif
MDP TempatPower factor pada saat Beban
80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10%
1MLTP 1 - - - - - - - -MLTP 2 - - - - - - - -
2MLTP 1 - - - - - - - -MLTP 2 0.86 0.84 0.80 0.76 0.72 0.67 0.62 0.55
3MLTP 1 0.80 0.76 0.73 0.70 0.67 0.64 0.59 0.52MLTP 2 0.92 0.91 0.89 0.86 0.83 0.81 0.77 0.72
4MLTP 1 - - - - - - - -MLTP 2 0.93 0.91 0.88 0.85 0.82 0.78 0.73 0.67
5MLTP 1 - - - - - - - -MLTP 2 0.93 0.91 0.88 0.85 0.82 0.78 0.73 0.67MLTP 3 0.93 0.93 0.92 0.92 0.92 0.91 0.91 0.90
Dari nilai power factor diatas, maka dapat diketahui bahwa filter diMLTP2 MDP2 hanya baik
digunakan pada saat beban diatas 60% karena nilai power factornya diatas 0,8. Dimana yang
dijadikan acuan untuk nilai power factor adalah standar PLN yaitu 0,8. Filter pada MLTP1 MDP3
baik digunakan hanya untuk beban diatas 80%. Filter pada MLTP2 MDP3 baik digunakan untuk
beban diatas 30%. Filter pada MLTP4 MDP4 dan MLTP2 MDP5 baik digunakan untuk beban diatas
40%. Dan filter pada MLTP3 MDP5 baik digunakan hanya untuk beban diatas 10%.
Dari hasil simulasi diatas juga dapat diperoleh daya distorsi yang mampu diturunkan dengan
penambahan filter pasif harmonisa, dengan menginputkan data harmonisa masing-masing orde.
Dimana data orde harmonisa arus dimasing-masing MLTP sebelum penambahan filter pasif, dapat
dilihat pada tabel 4.12 dibawah ini:
Tabel 4.12 Data orde harmonisa di masing-masing MLTP sebelum penambahan filter
MDP TempatHarmonisa Orde ke
3 5 7 9 11 13 15 17 19
1MLTP 1 4.71 2.47 1.43 0.82 0.42 0.17 0.02 0.08 0.12
MLTP 2 0.77 0.03 0.28 0.11 0.13 0.12 0.03 0.10 0.02
2MLTP 1 0.26 0.19 0.15 0.14 0.13 0.12 0.11 0.11 0.11
MLTP 2 8.97 3.89 2.20 1.42 0.98 0.70 0.51 0.38 0.28
3MLTP 1 8.59 3.90 2.27 1.47 0.99 0.68 0.46 0.31 0.20
MLTP 2 7.91 4.07 2.68 1.96 1.50 1.19 0.96 0.79 0.65
4MLTP 1 4.27 1.59 0.82 0.50 0.33 0.24 0.18 0.14 0.11
MLTP 2 8.92 4.43 2.86 2.07 1.58 1.25 1.01 0.83 0.69
5
MLTP 1 6.00 2.88 1.41 0.59 0.12 0.12 0.21 0.21 0.15
MLTP 2 14.79 7.38 4.63 3.24 2.39 1.82 1.41 1.11 0.88
MLTP 3 9.91 1.11 0.84 0.63 0.08 0.19 0.15 0.02 0.07
31
31
Daya Distorsi di MLTP2 MDP2 sebelum penambahan filter, dimana daya distorsi perphasenya
sebesar:
D = 219
217
215
213
211
29
27
25
23 IIIIIIIIIVrms
= 222222222 28,038,051,07,098,042,12,289,397,82,156
= 1.595,862 VA
D3phase = 3 × 1.595,862 VA
= 4.787,59 VA
Dengan menggunakan cara dan rumus yang sama, maka diperoleh juga nilai daya distorsi di
masing-masing MLTP sebelum penambahan filter
Tabel 4.13 Daya Distorsi sebelum penambahan filter harmonisa
Data orde harmonisa arus dimasing-masing MLTP setelah penambahan filter pasif, dapat
dilihat pada tabel 4.14 dibawah ini:
Tabel 4.14 Data orde harmonisa di masing-masing MLTP setelah penambahan filter
MDP TempatHarmonisa Orde ke
3 5 7 9 11 13 15 17 19
1MLTP 1 - - - - - - - - -
MLTP 2 - - - - - - - - -
2MLTP 1 - - - - - - - - -
MLTP 2 1.24 0.88 0.44 1.20 0.85 0.62 0.46 0.35 0.26
3MLTP 1 1.68 0.82 0.43 1.26 0.88 0.62 0.44 0.30 0.21
MLTP 2 0.18 0.66 0.18 1.70 1.34 1.08 0.88 0.73 0.61
4MLTP 1 - - - - - - - - -
MLTP 2 0.56 0.48 0.53 1.76 1.38 1.11 0.90 0.75 0.62
5
MLTP 1 - - - - - - - - -
MLTP 2 0.01 0.31 0.07 0.02 1.63 1.34 1.09 0.89 0.73
MLTP 3 0.05 0.89 0.91 0.55 0.01 0.02 0.12 0.02 0.08
MDP Tempat Daya Distorsi (VA)
1MLTP 1 2570.047
MLTP 2 395.940
2MLTP 1 215.501
MLTP 2 4787.586
3MLTP 1 4641.319
MLTP 2 4559.904
4MLTP 1 2188.011MLTP 2 5068.593
5
MLTP 1 3143.143MLTP 2 8337.060
MLTP 3 4576.964
Total 40484.068
26
Daya Distorsi di MLTP2 MDP2 setelah penambahan filter, dimana daya distorsi
perphasenya sebesar:
D’ = 219
217
215
213
211
29
27
25
23 IIIIIIIIIVrms
= 222222222 26,035,046,062,085,02,144,088,024,16,156
= 365,727 VA
D3phase = 3 × 1.595,862 VA
= 1.097,18 VA
Dengan menggunakan cara dan rumus yang sama, maka diperoleh juga nilai daya
distorsi di masing-masing MLTP setelah penambahan filter pasif harmonisa. Tabel 4.24
menampilkan data penurunan daya distorsi setelah penambahan filter.
Tabel 4.15 Penurunan daya distorsi setelah penambahan filter
Jadi daya distorsi yang turun dengan menambahankan filter pasif harmonisa
adalah sebesar 25.046,85 VA. Selain dapat menurunkan daya distorsi, penambahan filter
pasif harmonisa juga dapat memberikan beberapa keuntungan sebagai berikut: kinerja
sistem menjadi lebih baik, karena rugi-rugi saluran menjadi berkurang, Induktor,
generator dan transformator menjadi tidak mudah panas dan tidak cepat rusak, Arus pada
kapasitor perbaikan faktor kerja (Capacitor bank) menjadi lebih aman, Kapasitor tidak
mudah panas dan rusak.
MDP Tempat
Daya Distorsi (VA)
SebelumDitambah
Filter
SetelahDitambah
FilterPenurunan
1MLTP 1 - - -
MLTP 2 - - -
2MLTP 1 - - -
MLTP 2 4787.586 1097.182 3690.404
3MLTP 1 4641.319 1220.920 3420.399
MLTP 2 4559.904 1324.632 3235.273
4MLTP 1 - - -
MLTP 2 5068.593 1390.457 3678.136
5
MLTP 1 - - -
MLTP 2 8337.060 1250.512 7086.548
MLTP 3 4576.964 640.874 3936.090
TOTAL 25046.850
33
BAB VPENUTUP
5.1 Simpulan
Dari analisis yang dilakukan, maka diperoleh simpulan-simpulan sebagai berikut,
yaitu :
1. Hasil studi analisis Total Harmonic Distortion (THD) pada utiliti listrik di RSUP
Sanglah berdasarkan simulink MATLAB, untuk THDV sudah sesuai standar
sedangkan untuk THDi pada beberapa MDP tidak sesuai dengan standar yang
diperbolehkan yaitu IEEE standard 519 – 1992. Untuk THDi, batas maksimum THDi
yang diperbolehkan yaitu sebesar 12 % untuk MLTP2 MDP1 dan MLTP1 MDP2,
dan 8 % untuk feeder-feeder trafo yang lainnya, dengan hasil THDi bervariasi antara
4,68% - 17,84%. Untuk THDv, batas maksimum THDv yang diperbolehkan yaitu
sebesar 5% untuk tegangan di bawah 69 KV, hasil simulasi pada semua MDP sudah
sesuai dengan standar yang diperbolehkan dengan hasil THDv yang bervariasi antara
0,46% - 3,77%. Dimana hasil simulasi ini sudah sesuai dengan hasil penelitian
sebelumnya.
2. Dengan pemakaian filter pasif, THD arus mengalami penurunan. Sehingga THD arus
dan tegangan memenuhi standar IEEE 519-1992. THD arus setelah pemakaian filter
menyentuh nilai terendah pada 2,36 % hingga nilai tertinggi pada 2,97%, dimana
penurunan THD arus mencapai 15,18 % pada MLTP 2 MDP 5.
3. Setelah penambahan filter pasif, maka daya distorsi dari sistem kelistrikan di RSUP
sanglah menurun dari 40.484,068 VA menjadi 15.437,219 VA. Sehingga daya
distorsi mengalami penurunan dengan total penurunan untuk keseluruhan feeder
adalah 25.046,85 VA.
34
DAFTAR PUSTAKA
Arrillaga, Jos. 2000. Power System Harmonic Analysis. New Zealand : University of
Canterbury.
Buhron, H ; Sutanto, J. 2001. Implikasi Harmonisa dalam Sistem Tenaga Listrik dan
Alternatif Solusinya. Dept. Teknik Energi Politeknik Negeri Bandung, Dept.
Teknik Elektro Universitas Siliwangi Tasikmalaya dan Staf Operasi
Distribusi PLN Distribusi Jawa Barat dan Banten.
Dugan ; McGranaghan ; Santoso ; Beaty . 2003. Electrical Power System Quality -
Second Edition. USA : McGraw-Hill.
Dugan, ; Rizy. 2001. Harmonic Considerations for Electrical Distribution Feeders,
National Technical Information Service, Report No. ORNL/Sub/81-95011/4
(Cooper Power Systems as Bulletin 87011, “Electrical Power System
Harmonics, Design Guide”).
Grady, M. 2006. Understanding Power System Harmonics. USA : Departement
Electrical & Computer Engineering University of Texas at Austin.
Susiono, 1999. Penentuan Lokasi Lokasi Filter Harmonik Optimum Pada Sistem
Distribusi Daya Listrik. Surabaya : Program Studi Teknik Elektro Institut
Teknologi Sepuluh November.
Tanoto, 2005. Simulasi Active Filter dan Sistem Kerja Rangkaian Dalam Meredam
Harmonisa pada Vacuum Casting Induction Furnace Dengan Daya 9 kW,
13.8 kVA, 200 V, 3 Fasa , 50/60 Hz. Surabaya : Jurusan Teknik Elektro
Universitas Kristen Petra.
Tanoto, 2005. Simulasi Filter Pasif dan Perbandingan Unjuk Kerjanya dengan Filter
Aktif dan Filter Aktif Hibrid dalam Meredam Harmonisa pada Induction
Furnace. Surabaya : Jurusan Teknik Elektro Universitas Kristen Petra.
Vita, 2000. Perbandingan Kondisi Sistem Tanpa Filter Dengan Kondisi Sistem Yang
Menggunakan Filter. Surabaya : Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi
Sepuluh November.