ANALISIS PENGUJIAN KINERJA UPS STATIS TERHADAP...

ANALISIS PENGUJIAN KINERJA UPS STATIS TERHADAP VARIASI BEBAN PADA BEBERAPA

TINGKAT PEMBEBANAN

SKRIPSI

Oleh

ANGKY KURNIAWAN 04 03 03 016 Y

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA

GASAL 2007/2008

ANALISIS PENGUJIAN KINERJA UPS STATIS TERHADAP VARIASI BEBAN PADA BEBERAPA

TINGKAT PEMBEBANAN

SKRIPSI

Oleh

ANGKY KURNIAWAN 04 03 03 016 Y

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA

GASAL 2007/2008

ii

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :

ANALISIS PENGUJIAN KINERJA UPS STATIS TERHADAP VARIASI BEBAN PADA BEBERAPA TINGKAT PEMBEBANAN

yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada

Program Studi Teknik Elektro Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Indonesia, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau

duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai untuk

mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Indonesia maupun di

Perguruan Tinggi atau Instansi manapun, kecuali bagian yang sumber

informasinya dicantumkan sebagaimana mestinya.

Depok, Januari 2008

Angky Kurniawan

NPM. 04 03 03 016 Y

Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008

iii

PENGESAHAN

Skripsi dengan judul :

ANALISIS PENGUJIAN KINERJA UPS STATIS TERHADAP VARIASI

BEBAN PADA BEBERAPA TINGKAT PEMBEBANAN

dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada

program studi Teknik Elektro Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Indonesia dan disetujui untuk diajukan dalam sidang ujian skripsi.

Skripsi ini telah diujikan pada sidang ujian skripsi pada tanggal 4 Januari 2008

dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik

Elektro Fakultas Teknik Universitas Indonesia.

Depok, Januari 2008

Dosen Pembimbing

Ir. Amien Rahardjo, MT


iv

UCAPAN TERIMAKASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada :

Ir. Amien Rahardjo,MT

selaku dosen pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktu untuk memberi

pengarahan, diskusi dan bimbingan serta persetujuan sehingga skripsi ini dapat

selesai dengan baik. Serta segenap rekan – rekan asisten laboratorium TTPL yang

telah banyak membantu dalam melakukan pengujian.


v

Angky Kurniawan Dosen Pembimbing NPM 04 03 03 016 Y Ir. Amien Rahardjo, MT Departemen Teknik Elektro

ANALISIS PENGUJIAN KINERJA UPS STATIS TERHADAP VARIASI BEBAN PADA BEBERAPA TINGKAT

PEMBEBANAN

ABSTRAK Salah satu peralatan pendukung yang dapat digunakan untuk melindungi berbagai perangkat vital dari ganggguan adalah Uninterruptible Power Supply (UPS). Alat ini dapat berfungsi sebagai stabilizer terhadap terjadinya gangguan dan menjadi sumber daya cadangan (back up) apabila terjadi gangguan pemutusan aliran daya dari penyedia suplai daya utama. Disisi lain, kinerja UPS terhadap berbagai jenis beban dan berbagai tingkat pembebanan belumlah tentu sama. Kinerja tersebut dapat dipandang dari dua kondisi, yaitu kondisi normal dimana UPS berperan sebagai stabilizer terhadap gangguan dan kondisi darurat pada saat terjadi pemutusan aliran listrik dari penyedia suplai daya utama dimana UPS berfungsi sebagai back up suplai daya sementara. Analisis yang dilakukan adalah menguji, mengamati dan membandingkan karakteristik keluaran UPS pada kondisi normal dan kondisi darurat pada berbagai variasi beban untuk beberapa tingkat pembebanan. Hasil pengujian menunjukkan bahwa pada seluruh variasi beban dengan tingkat pembebanan yang berbeda, keluaran UPS statis pada kondisi darurat mengandung tingkat distorsi harmonik arus dan tegangan diatas 80% dengan efek terjadinya peningkatan daya reaktif yang tinggi pada beban resistif. Selain itu, pada pengujian terlihat bahwa UPS kurang dapat bekerja secara optimal pada beban kapasitif atau beban dengan campuran dengan nilai beban kapasitif yang dominan.

Kata Kunci : UPS, Distorsi Harmonik


vi

Angky Kurniawan Dosen Pembimbing NPM 04 03 03 016 Y Ir. Amien Rahardjo, MT Departemen Teknik Elektro

ANALISIS PENGUJIAN KINERJA UPS STATIS TERHADAP VARIASI BEBAN PADA BEBERAPA TINGKAT

PEMBEBANAN

ABSTRAK

One of the supporter equipments which able to be used to protect various vital peripheral from disturbance is Uninterruptible Power Supply (UPS). This appliance can function as stabilizer to the happening of trouble and back up of power in the event of trouble disconnection of power stream from the main supply. On the other side, UPS performance to various type of load and various rating level is not exactly same. This performance can be looked into two condition, that is normal condition where UPS function as stabilizer and emergency condition at the time of happened disconnection of power stream from the main supply. Analysis taken is testing, perceiving and comparing characteristic output of UPS at normal condition and emergency condition of at various variation of load for some rating level. Result of examination indicate that at all load variation some rating level, output of static UPS at condition of produce current and voltage harmonic distortion above 80% which effect to increasing of reactif power at resistif load. Beside that, from the test result, it seen that UPS cannot work optimally at capacitive load or mixture load with dominant capacitive load value

Kata Kunci : UPS, Harmonic Distortion


vii

DAFTAR ISI

Halaman

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ii

PENGESAHAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii

UCAPAN TERIMA KASIH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iv

ABSTRAK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v

ABSTRACT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vi

DAFTAR ISI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii

DAFTAR GAMBAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x

DAFTAR TABEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiv

DAFTAR LAMPIRAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xvi

DAFTAR SINGKATAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xvii

DAFTAR ISTILAH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xviii

BAB I PENDAHULUAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.1 LATAR BELAKANG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.2 PERUMUSAN MASALAH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.3 TUJUAN PENELITIAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.4 BATASAN MASALAH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.5 METODOLOGI PENELITIAN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.6 SISTEMATIKA PENULISAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

BAB II LANDASAN TEORI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.1 PENGERTIAN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.2 KOMPONEN UTAMA UPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.2.1 Baterai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.2.1.1 Lead Acid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.2.1.2 Nickel Cadmium. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.2.2 Penyearah. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.2.2.1 Penyearah Setengah Gelombang . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.2.2.2 Penyearah Gelombang Penuh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.2.2.3 Penyearah Jembatan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.2.3 Inverter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10


viii

2.2.3.1 Inverter Ferroresonant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.2.3.2 Inverter Delta Magnetic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.2.3.3 Inverter-fed L/C Tank. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.2.3.4 Quasi-Square Wave Inverter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.2.3.5 Inverter Step Wave. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.2.3.6 Pulse-Width Modulation (PWM) Inverter . . . . . . . . . . . 13

2.2.3.7 Phase Modulation Inverter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.2.4 Penguat Arus Searah (DC Chopper). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.3 PRINSIP KERJA UPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.3.1 UPS Jenis On Line . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.3.1.1 Keadaan Input Normal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.3.1.2 Keadaan Bypass. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.3.1.3 Keadaan Darurat (Kerja Baterai). . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.3.2 UPS Jenis Off Line . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.4 HARMONIK PADA UPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.4.1 Analisis Harmonik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.4.2 Faktor Distorsi Harmonik dan Distorsi Harmonik Total . . . . . . 22

2.4.3 Karakteristik Keluaran Harmonik Pada Inverter . . . . . . . . . . . . 22

BAB III METODOLOGI PENELITIAN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3.1 METODE PENGUKURAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3.2 SKENARIO PEMBEBANAN DAN PENGUJIAN

KARAKTERISTIK UPS PADA KONDISI BYPASS . . . . . . . . . . . . 26

3.2.1 Beban Resistif Murni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.2.2 Beban Induktif Murni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.2.3 Beban Kapasitif Murni. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.2.4 Beban Resistif-Induktif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.2.5 Beban Resistif-Kapasitif. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.2.6 Beban Dengan Faktor Daya Lag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.2.7 Beban Dengan Faktor Daya Lead . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.3 SKENARIO PEMBEBANAN DAN PENGUJIAN

KARAKTERISTIK UPS PADA KONDISI DARURAT . . . . . . . . . . 30

3.3.1 Beban Resistif Murni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30


ix

3.3.2 Beban Induktif Murni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3.3.3 Beban Kapasitif Murni. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3.3.4 Beban Resistif-Induktif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3.3.5 Beban Resistif-Kapasitif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

3.3.6 Beban Dengan Faktor Daya Lag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

3.3.7 Beban Dengan Faktor Daya Lead . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

BAB IV ANALISIS HASIL PENGUJIAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

4.1 PENGAMATAN PENGARUH VARIASI BEBAN DAN TINGKAT

PEMBEBANAN PADA KELUARAN UPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

4.1.1 Analisis Parameter Daya . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

4.1.2 Analisis Parameter Tegangan dan Arus . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

4.1.3 Analisis Parameter Harmonik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

4.2 PENGAMATAN PENGARUH VARIASI FAKTOR DAYA PADA

KELUARAN UPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

4.2.1 Analisis Parameter Daya . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

4.2.2 Analisis Parameter Tegangan dan Arus. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

4.2.3 Analisis Parameter Harmonik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

BAB V KESIMPULAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

DAFTAR ACUAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

DAFTAR PUSTAKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

LAMPIRAN 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

LAMPIRAN 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

LAMPIRAN 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58


x

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Perbandingan rugi – rugi antara charge dan discharge . . . 5

Gambar 2.2 Efisiensi pengisian muatan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Gambar 2.3 Diagram skematik rangkaian penyearah setengah

gelombang. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Gambar 2.4 Gelobang masukan dan keluaran penyearah setengah

gelombang. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Gambar 2.5 Diagram skematik rangkaian penyearah gelombang

penuh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Gambar 2.6 Gelombang masukan dan keluaran penyearah gelombang

penuh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Gambar 2.7 Diagram skematik rangkaian penyearah jembatan. . . . . . . 9

Gambar 2.8 Gelombang masukan dan keluaran penyearah jembatan . . 9

Gambar 2.9 Diagram skematik rangkaian inverter ferroresonant . . . . . 10

Gambar 2.10 Diagram skematik rangkaian inverter Delta Magnetik . . . 11

Gambar 2.11 Diagram skematik rangkaian inverter fed L/C Tank. . . . . . 11

Gambar 2.12 Diagram skematik rangkaian inverter quasi-square wave . 12

Gambar 2.13 Blok diagram rangkaian inverter Step wave . . . . . . . . . . . 12

Gambar 2.14 Diagram skematik rangkaian inverter Step wave . . . . . . . . 13

Gambar 2.15 Diagram skematik rangkaian inverter Step wave beserta

gelombang keluarannya . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Gambar 2.16 Diagram skematik rangkaian inverter Pulse-Width

Modulation (PWM). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Gambar 2.17 UPS statis yang menggunakan carrier modulasi fasa . . . . 14

Gambar 2.18 Rangkaian Penguat arus searah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Gambar 2.19 Diagram blok UPS on line . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Gambar 2.20 Aliran daya UPS kondisi normal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Gambar 2.21 Aliran daya UPS kondisi bypass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Gambar 2.22 Aliran daya UPS kondisi darurat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17


xi

Gambar 2.23 Diagram blok off line UPS saat kondisi normal (bypass). . 18

Gambar 2.24 Diagram blok off line UPS saat kondisi darurat . . . . . . . . . 19

Gambar 2.25 Proses pembentukan gelombang terdistorsi harmonik 20

Gambar 2.26 Tampilan gelombang terdistorsi fundamental dengan

harmonik ketiga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Gambar 2.27 Transformasi pulsa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Gambar 2.28 Sinyal sinusoid dan gelombang segitiga pada PWM . . . . . 22

Gambar 2.29 Contoh keluaran harmonik pada inverter . . . . . . . . . . . . . . 23

Gambar 3.1 Rangkaian ekivalen hambatan variabel . . . . . . . . . . . . . . . 25

Gambar 3.2 Skema pembebanan beban resistif murni . . . . . . . . . . . . . . 25

Gambar 3.3 Skema pembebanan beban induktif dan kapasitif murni . . 25

Gambar 3.4 Skema pembebanan beban resistif-induktif . . . . . . . . . . . . 26

Gambar 3.5 Skema pembebanan beban resistif-kapasitif . . . . . . . . . . . 26

Gambar 3.6 Skema pembebanan untuk kondisi bypass . . . . . . . . . . . . . 26

Gambar 3.7 Skema pembebanan untuk kondisi darurat . . . . . . . . . . . . 30

Gambar 4.1 Grafik perbandingan (a) daya semu, (b) daya aktif,

(c) daya reaktif, untuk beban resistif murni . . . . . . . . . . . 35


(c) daya reaktif, untuk beban induktif murni . . . . . . . . . 35


(c) daya reaktif, untuk beban beban resistif - induktif . . . 36

Gambar 4.4 Grafik perbandingan tegangan pada kondisi normal

(bypass) dan kondisi darurat pada (a) beban resistif murni,

(b) beban induktif murni, (c) beban resistif - induktif . . . . 39

Gambar 4.5 Grafik perbandingan arus pada kondisi normal

(bypass) dan kondisi darurat pada (a) beban resistif

murni, (b) beban induktif murni, (c) beban resistif - induktif 40

Gambar 4.6 Grafik perbandingan distorsi harmonik arus total untuk

Kondisi normal (bypass) dan kondisi darurat pada

(a) beban resistif murni, (b) beban induktif murni,

(c) beban resistif – induktif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43


xii

Gambar 4.7 Grafik perbandingan distorsi harmonik tegangan total

untuk kondisi normal (bypass) dan kondisi darurat pada

(a) beban resistif murni, (b) beban induktif murni,

(c) beban resistif - induktif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43


(c) daya reaktif, untuk kondisi normal dan kondisi

darurat pada variasi faktor daya . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

Gambar 4.9 Grafik perbandingan (a) tegangan, (b) arus untuk

kondisi normal dan kondisi darurat pada variasi faktor daya 47

Gambar 4.10 Grafik perbandingan distorsi harmonik total arus dan

tegangan pada kondisi normal dan kondisi darurat untuk

variasi faktor daya . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48


xiii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 3.1 Data hasil pengukuran beban resistif murni (kondisi bypass) 27

Tabel 3.2 Data hasil pengukuran beban induktif murni (kondisi bypass) 27

Tabel 3.3 Data hasil pengukuran beban kapasitif murni (kondisi bypass) 28

Tabel 3.4 Data hasil pengukuran beban Resistif-Induktif (kondisi bypass) 28

Tabel 3.5 Data hasil pengukuran beban Resistif-Kapasitif (kondisi bypass) 29

Tabel 3.6 Data hasil pengukuran beban dengan faktor daya lag

(kondisi bypass) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Tabel 3.7 Data hasil pengukuran beban dengan faktor daya lag

(kondisi bypass) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Tabel 3.8 Data hasil pengukuran beban Resistif Murni (kondisi darurat) 30

Tabel 3.9 Data hasil pengukuran beban induktif murni (kondisi darurat) 31

Tabel 3.10 Data hasil pengukuran beban kapasitif murni (kondisi darurat) 31

Tabel 3.11 Data hasil pengukuran beban Resistif-Induktif (kondisi darurat) 32

Tabel 3.12 Data hasil pengukuran beban Resistif-Kapasitif (kondisi darurat) 32

Tabel 3.13 Data hasil pengukuran beban drngan factor daya lag

(kondisi darurat). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Tabel 3.14 Data hasil pengukuran beban drngan faktor daya lead

(kondisi darurat) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Tabel 4.1 Persentase perubahan parameter daya untuk setiap tingkat

pembebanan pada beban resistif murni . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36


pembebanan pada beban induktif murni . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37


pembebanan pada beban resistif-induktif . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Tabel 4.4 Persentase perubahan parameter tegangan dan arus untuk

setiap tingkat pembebanan pada beban resistif murni . . . . . . . . 40


setiap tingkat pembebanan pada beban induktif murni . . . . . . 40


xiv


setiap tingkat pembebanan pada beban resistif-induktif . . . . . . 41

Tabel 4.7 Persentase perubahan parameter distorsi harmonik total

tegangan dan arus untuk setiap tingkat pembebanan pada

beban resistif murni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44


tegangan dan arus untuk setiap tingkat pembebanan

pada beban induktif murni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44


tegangan dan arus untuk setiap tingkat pembebanan pada

beban resistif-induktif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

Tabel 4.10 Persentase perubahan parameter keluaran daya UPS pada

variasi faktor daya lag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Tabel 4..11 Persentase perubahan parameter tegangan dan arus UPS pada

variasi faktor daya lag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47


tegangan dan arus UPS pada variasi faktor daya lag . . . . . . . . 48


xv

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1 Spesifikasi UPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

Lampiran 2 Diagram Skematik UPS Statis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

Lampiran 3 Data hasil percobaan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58


xvi

DAFTAR SINGKATAN

AC Alternating Current

DC Direct Current

PLN Perusahaan Listrik Negara

PWM Pulse Width Modulation

THD Total Harmonic Distortion

UPS Uninterruptible Power Supply


xvii

DAFTAR ISTILAH

Bypass Kondisi dimana beban terhubung langsung dengan sumber listrik

Darurat Kondisi suplai daya berasal dari baterai UPS

On Line Sistem kerja UPS dengan semua komponennya aktif pada saat suplai daya normal

Off Line Sistem kerja UPS dengan sebagian komponennya pasif pada saat suplai daya normal dan aktif pada saat suplai daya dari baterai

Harmonik gejala pembentukan gelombang-gelombang dengan frekuensi berbeda yang merupakan perkalian


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Dewasa ini, komputer, perangkat komunikasi dan berbagai peralatan

elektronik lainnya menjadi suatu perangkat vital yang mendukung kelancaran dan

efektifitas hampir seluruh pekerjaan di segala bidang. Proses komputerisasi dan

modernisasi peralatan yang ada terus berkembang seiring dengan kebutuhan akan

kecepatan untuk menyelesaikan pekerjaan. Pesatnya perkembangan tersebut

berdampak pada semakin banyaknya jenis peralatan yang diproduksi dengan

tingkat konsumsi daya yang berbeda – beda.

Sebagian besar dari perangkat vital tersebut merupakan peralatan yang

sensitif terhadap gangguan kualitas daya, sehingga dibutuhkan peralatan

pendukung lainnya yang berfungsi untuk menjamin tetap tersedianya kualitas

daya yang baik dan meminimalisir terjadinya gangguan untuk menghindari

kerusakan baik pada data maupun perangkat keras dari peralatan vital yang ada.

Salah satu peralatan pendukung yang dapat digunakan untuk melindungi berbagai

perangkat vital dari gangguan adalah Uninterruptible Power Supply (UPS). Alat

ini dapat berfungsi sebagai stabilizer terhadap terjadinya gangguan dan menjadi

sumber daya cadangan (back up) apabila terjadi gangguan pemutusan aliran daya

dari penyedia suplai daya utama.

Disisi lain, kinerja UPS terhadap berbagai jenis beban dan berbagai tingkat

pembebanan belumlah tentu sama. Kinerja tersebut dapat dipandang dari dua

kondisi, yaitu kondisi normal dimana UPS berperan sebagai stabilizer terhadap

gangguan dan kondisi darurat pada saat terjadi pemutusan aliran listrik dari

penyedia suplai daya utama dimana UPS berfungsi sebagai back up suplai daya

sementara. Oleh karena itu, pada penulisan skripsi ini akan diteliti dan dianalisis

mengenai karakteristik UPS untuk berbagai jenis beban dengan beberapa variasi

tingkat pembebanan baik pada kondisi suplai daya normal maupun pada kondisi

darurat, dimana suplai daya sementara berasal dari baterai yang terintegrasi pada

perangkat UPS.


2

1.2 PERUMUSAN MASALAH

Pada penulisan skripsi ini akan diteliti dan dianalisis mengenai

karakteristik kinerja UPS untuk berbagai tingkat pembebanan pada jenis beban

yang berbeda baik untuk kondisi normal maupun kondisi darurat.

1.3 TUJUAN PENELITIAN

Tujuan dari penelitian yang dilakukan pada penulisan skripsi ini adalah

sebagai berikut :

1. Menganalisis dan membandingkan kinerja UPS untuk berbagai variasi

beban pada kondisi normal dan kondisi darurat.

2. Menganalisis dan membandingkan kinerja UPS untuk berbagai tingkat

pembebanan pada jenis beban yang sama untuk kondisi normal dan

kondisi darurat.

3. Menganalisis dan membandingkan kinerja UPS untuk berbagai variasi

faktor daya.

1.4 BATASAN MASALAH

Perangkat UPS yang akan diteliti terbatas pada UPS statis dengan sistem

kerja offline berkapasitas maksimal 600 VA untuk merek super powertech.

1.5 METODOLOGI PENELITIAN

Metodologi penelitian yang dilakukan adalah dengan melakukan

percobaan pengukuran karakteristik UPS untuk berbagai variasi beban dan

berbagai tingkat pembebanan serta melakukan studi pustaka terhadap literatur

yang ada.

1.6 SISTEMATIKA PENULISAN

Skripsi ini dibagi menjadi lima bab, yaitu : Pendahuluan, Uninteruptible

Power Supply Statis, Metodologi Penelitian, Analisis Hasil Pengujian dan

Kesimpulan..


3

Bab Satu Pendahuluan berisi mengenai latar belakang, tujuan penulisan,

batasan masalah, dan sistematika penulisan. Bab Dua Uninteruptible Power

Supply Statis berisi teori mengenai bagian – bagian UPS, prinsip kerja UPS dan

distorsi harmonik pada UPS. Bab Tiga metodologi penelitian berisi langkah-

langkah penelitian pada pengambilan data keluaran yang dihasilkan UPS untuk

berbagai tingkat pembebanan pada jenis beban yang berbeda. Bab Empat Analisis

Hasil Pengujian berisi analisa perbandingan keluaran UPS pada kondisi normal

dan kondisi darurat untuk variasi beban pada beberapa tingkat pembebanan dan

variasi faktor daya. Bab Lima Kesimpulan berisi kesimpulan yang didapat dari

hasil analisis perbandingan keluaran UPS.


4

BAB II

UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY STATIS

2.1 PENGERTIAN [1]

Sistem UPS statis adalah suatu rangkaian yang berfungsi untuk menjamin

kontinuitas suplai daya serta melindungi beban dari terjadinya gangguan kualitas

daya pada suplai daya utama. Hal tersebut dapat dicapai dengan menggunakan

rangkaian solid-state yang menggunakan baterai atau energi kinetis yang

memungkinkan sebagai sumber energi alternatif.

2.2 KOMPONEN UTAMA UPS

Komponen utama dari sebuah UPS terdiri dari :

2.2.1 Baterai [2]

Baterai adalah sumber listrik arus searah yang dihasilkan oleh suatu proses

kimia. Baterai terdiri dari satu atau beberapa sel. Ada dua jenis baterai yang biasa

digunakan pada peralatan UPS, diantaranya :

2.2.1.1 Lead Acid

Baterai jenis ini memiliki suatu proses kimia sederhana yang terdiri dari

elektroda yang terbuat dari timah dan timah dioksida pada suatu larutan asam

sulfur. Bila potensial pada kedua elektroda diukur, maka nilai yang akan terbaca

adalah 2 V. Reaksi kimia yang terjadi pada baterai jenis ini dapat dituliskan

sebagai berikut :

1. Reaksi pada plat negatif (timah murni)

Pb + H2SO4 → PbSO4 + H2

2. Reaksi pada plat positif (timah oksida)

PbO2 + H2SO4 → PbSO4 + (2OH)

Dengan menjumlahkan reaksi 1 dan reaksi 2, maka reaksi kimia pada sel baterai

dapat dituliskan sebagai berikut :


5

PbO2 + Pb + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2 H2O

Setelah terjadi proses pelepasan muatan (discharge) secara menyeluruh pada

baterai, plat negatif akan tertutup oleh timah sulfat, sedangkan plat positif akan

tertutup dengan campuran timah PbO dan PbSO.

Ketika terjadi pengisian baterai kembali (recharge), pada plat negatif

timah sulfat akan kembali menjadi timah murni seperti digambarkan pada reaksi

sebagai berikut :

PbSO4 + (2H) → H2SO4 + Pb

Sedangkan pada plat positif akan terjadi reaksi :

PbSO4 + (2OH) → PbO2 + 2H2SO4

Sehingga secara keseluruhan reaksi yang terjadi adalah :

2PbSO4 + 2H2O → Pb + PbO2 + 2H2SO4

Efisiensi dari kedua reaksi tersebut adalah sebesar 75 hingga 85 persen,

sedangkan rugi – rugi yang terjadi antara proses pelepasan muatan (discharge)

dan proses pengisian kembali (recharge) dapat digambarkan pada grafik berikut

ini :

Gambar 2.1 Perbandingan rugi – rugi antara charge dan discharge [1]

2.2.1.2 Nickel Cadmium

Baterai nickel-cadmium bekerja pada persamaan kimia sebagai berikut :

2NiOOH + 2H2O + Cd discharge ↔ charge 2Ni(OH) + Cd(OH)


6

Plat negatif pada baterai jenis ini menggunakan cadmium hidroksida dengan

larutan elektrolit potassium hidroksida dengan sedikit lithium hidroksida untuk

meningkatkan siklus performansi baterai pada temperatur tinggi.

Pengisian muatan (charging) pada sel baterai jenis ini cukup efisien

hingga mencapai 80 persen. Setelah mencapai 80 persen, efisiensi pengisian

muatan menurun. Hal tersebut seperti terlihat pada grafik dibawah ini :

Gambar 2.2 Efisiensi pengisian muatan [1]

2.2.2 Penyearah (Rectifier)

Penyearah adalah rangkaian yang berfungsi untuk mengubah tegangan

bolak-balik menjadi tegangan searah. Adapun komponen yang biasa digunakan

sebagai penyearah adalah dioda. Rangkaian penyearah suplai daya dapat dibagi

menjadi beberapa rangkaian dasar, diantaranya :

2.2.2.1 Penyearah Setengah Gelombang

Bentuk dasar dari rangkaian penyearah setengah gelombang dapat

digambarkan sebagai berikut :


7

Gambar 2.3 Diagram skematik rangkaian penyearah setengah gelombang [2]

Ketika masukan tegangan sinusoidal pada A bernilai positif, diode

berkonduksi sehingga menghasilkan arus pada beban resistor R. Ketika tegangan

masukan bernilai negatif, diode menjadi dicatu mundur (reversed biased) dan

menjadi tidak berkonduksi, sehingga tidak ada arus yang melalui beban R.

Tegangan keluaran dari diode dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut :

Vo = 0, bil Vi < VDO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.1)

Vo = R/(R + rD) Vi – VDOR/(R + rD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.2)

dimana

Vi = Tegangan input

VDO = Tegangan maju diode ≈ 0,7 hingga 0,8 V

Gelombang keluaran dari penyearah setengah gelombang dapat digambarkan

sebagai berikut :

Gambar 2.4 Gelombang masukan dan keluaran penyearah setengah gelombang [2]

2.2.2.2 Penyearah Gelombang Penuh

Bentuk dasar dari rangkaian penyearah gelombang penuh dapat



8

Gambar 2.5 Diagram skematik rangkaian penyearah gelombang penuh [2]

Penyearah gelombang penuh terdiri dari dua penyearah setengah

gelombang yang dihubungkan dengan beban R. Kumparan sekunder pada

transformator dihubungkan dengan tap tengah untuk memperoleh dua buah

tegangan masukan yang sama untuk masing – masing penyearah setengah

gelombang. Ketika node A berada pada polaritas positif, D1 akan dicatu maju dan

D2 akan dicatu mundur. Sehingga D1 akan berkonduksi dan arus akan melalui R

kemudian kembali menuju tap tengah pada transformator. Ketika node B berada

pada polaritas positif, D2 akan dicatu maju dan D1 akan dicatu mundur. Sehingga

arus yang dikonduksikan oleh D2 akan mengalir melalui R dan kembali menuju

tap tengah pada transformator. Gelombang keluaran dari penyearah gelombang

penuh dapat digambarkan sebagai berikut :

Gambar 2.6 Gelombang masukan dan keluaran penyearah gelombang penuh [2]

Tegangan keluaran dari penyearah gelombang penuh dapat diperoleh dari

persamaan sebagai berikut :


9

( )o s DOt D

RV V V

R r R

= − + +

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(2.3)

dimana Rt = Resistansi yang berkaitan dengan transformator.

2 mdc

t D

VRV

R r R π

= + + . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(2.4)

dimana Vm = Puncak tegangan keluaran

2.2.2.3 Penyearah Jembatan

Penyearah jembatan adalah implementasi alternatif dari penyearah

gelombang penuh. Penyearah ini menggunakan empat buah dioda dan tidak

membutuhkan transformator tap tengah. Bentuk dasar dari rangkaian penyearah

gelombang penuh dapat digambarkan sebagai berikut :

Gambar 2.7 Diagram skematik rangkaian penyearah jembatan [2]

Selama setengah siklus positif dari tegangan masukan, Vi bernilai positif

dan arus dikonduksikan melalui dioda D1, Resistor R dan dioda D2. Sementara itu,

dioda D5 dan D4 akan dicatu mundur. Selama setengah siklus negatif, tegangan Vi

akan menjadi negatif, dan diode D5 dan D4 dicatu maju sehingga arus melalui R

dengan arah yang sama pada setengah siklus positif. Gelombang keluaran dari

penyearah jenis ini adalah sebagai berikut :

Gambar 2.8 Gelombang masukan dan keluaran penyearah jembatan [2]


10

2.2.3 Inverter

Inverter digunakan untuk mengubah daya arus searah menjadi daya arus

bolak balik pada tegangan dan frekuensi yang dapat dikendalikan. Tegangan bolak

balik yang dihasilkan berbentuk gelombang persegi (non sinusoidal) dan frekuensi

yang dihasilkan ditentukan oleh frekuensi penyalaan pada komponen elektronika

daya utama inverter.

Inverter selain untuk UPS juga digunakan antara lain untuk: mengatur

kecepatan motor induksi, catu daya pada pesawat udara, catu daya transmisi

tegangan tinggi arus searah, dan lain-lain. Inverter dapat dibagi menjadi beberapa

jenis diantaranya :

2.2.3.1 Inverter Ferroresonant [3]

Bentuk dasar dari rangkaian inverter Ferroresonant dapat digambarkan

sebagai berikut :

Gambar 2.9 Diagram skematik rangkaian inverter ferroresonant [2]

Rangkaian diatas terdiri dari sebuah oscillator yang mengontrol SCR switches

yang mengumpan transformator ferroresonant dan filter harmonik. Mode operasi

saturasi menghasilkan keluaran tegangan yang teratur dan membatasi arus

keluarannya. Efisiensi untuk inverter jenis ini bervariasi mulai dari 50 hingga 83%

tergantung dari beban yang terhubung, sedangkan respon waktu dari jenis inverter

ini adalah sekitar 20 milidetik.

2.2.3.2 Inverter Delta Magnetic

Inverter jenis ini biasa digunakan pada sistem tiga fasa. Rangkaian inverter

Delta Magnetic dapat digambarkan sebagai berikut :


11

Gambar 2.10 Diagram skematik rangkaian inverter Delta Magnetik [2]

Modul inverter A1, B1 dan C1 menghasilkan keluaran gelombang persegi yang

mengalami pergeseran relatif antarfasa sebesar 120°. Gelombang tersebut dikopel

pada sisi primer dari transformator T1 melalui induktor linear. T1 adalah

transformator isolasi tiga fasa konvensional.

2.2.3.3 Inverter-fed L/C Tank

Bentuk dasar dari rangkaian inverter-fed L/C Tank dapat digambarkan

sebagai berikut :

Gambar 2.11 Diagram skematik rangkaian inverter fed L/C Tank [2]

Rangkaian tank berfungsi untuk merekonstruksi keluaran gelombang sinus

pada sistem. Pengaturan dapat dilakukan dengan memvariasikan kapasitansi atau

induktansi untuk mengontrol resonansi parsial atau faktor daya.

2.2.3.4 Quasi-Square Wave Inverter [3]

Inverter gelombang quasi-square menghasilkan suatu bentuk gelombang

variabel yang harus difilter dengan mengatur jaringan induktif-kapasitif seri dan

paralel untuk mengurangi harmonik dan membentuk keluaran yang sinusoidal.

Rangkaian inverter quasi-square wave dapat digambarkan sebagai berikut :


12

Gambar 2.12 Diagram skematik rangkaian inverter quasi-square wave [2]

Karena pada rangkaian inverter ini terdapat filter, maka respon inverter

terhadap perubahan beban menjadi lambat (umumnya berada pada interval 150

hingga 200 milidetik) dengan efisiensi sebesar 80%. Inverter jenis ini memerlukan

rangkaian pengatur tegangan dan pembatas arus yang menyebabkan terjadinya

kompleksitas rangkaian, sehingga harga inverter jenis ini relatif mahal.

2.2.3.5 Inverter Step Wave

Inverter jenis ini merupakan suatu multistep inverter yang mengendalikan

suatu transformator gabungan. Konsep umum dari rangkaian inverter jenis ini

dapat digambarkan sebagai berikut :

Gambar 2.13 Blok diagram rangkaian inverter Step wave [2]

Kejernihan dari keluaran gelombang sinus yang dihasilkan oleh inverter

ini merupakan fungsi dari sejumlah langkah-langkah diskrit. Pengaturan tegangan

dicapai dengan menggunakan sebuah power suplai boost dc-to-dc yang diseri

dengan baterai. Gambar (a) dan (b) menunjukkan dua implementasi yang berbeda

pada unit satu fasa.


13

Gambar 2.14 Diagram skematik rangkaian inverter Step wave [2]

Gambar 2.15 Diagram skematik rangkaian inverter step wave beserta gelombang keluarannya[2]

Pada kedua gambar diatas, inverter dikendalikan oleh suatu osilator.

Adapun respon waktu dari inverter jenis ini adalah sekitar 20 milidetik dengan

efisiensi mencapai 85%.

2.2.3.6 Pulse-Width Modulation (PWM) Inverter [3]

Bentuk dasar dari rangkaian inverter Pulse-Width Modulation (PWM)

dapat digambarkan sebagai berikut :


14

Gambar 2.16 Diagram skematik rangkaian inverter Pulse-Width Modulation (PWM) [2]

Rangkaian PWM menggabungkan dua inverter yang mengatur tegangan

keluaran dengan memvariasikan lebar pulsa. Keluaran yang dihasilkan dari

inverter jenis ini sangat mirip dengan suatu gelombang sinus. Respon waktu pada

filter ini mendekati 100 milidetik.

2.2.3.7 Phase Modulation Inverter

Sistem ini menggunakan konversi dc-to-ac melalui modulasi fasa dari dua

gelombang persegi dengan frekuensi tinggi untuk menghasilkan suatu gelombang

keluaran. Rangkaian inverter jenis ini dapat diilustrasikan sebagai berikut :

Gambar 2.17 UPS statis yang menggunakan carrier modulasi fasa [2]

2.2.4 Penguat Arus Searah (DC Chopper)

Penguat arus searah (DC Chopper), adalah suatu rangkaian yang berfungsi

untuk mengubah (menaikkan atau menurunkan) tegangan searah seperti halnya

transformator pada tegangan bolak-balik. Pada UPS yang digunakan adalah

penguat arus searah naik (chopper step up), yang berfungsi untuk menaikkan

tegangan baterai. Ketika tegangan input dalam kondisi abnormal dan mati. Maka

baterai akan mensuplai daya, dengan terlebih dahulu menaikkan tegangannya

pada penguat arus searah biasanya dari 82VDC ke 360 VDC, lalu meneruskannya

ke inverter (biasa disebut tegangan DC Bus).


15

Gambar 2.18 Rangkaian Penguat arus searah [3]

2.3 PRINSIP KERJA UPS

Menurut cara kerjanya UPS dapat dibagi menjadi dua, yaitu:

2.3.1 UPS Jenis On Line

UPS jenis On Line yaitu UPS yang bekerja secara menyeluruh semua

bagiannya disaat UPS dalam kondisi normal (ada input listrik). Dan jenis ini yang

kebanyakan ada dan dipakai saat ini. Karena baik saat normal maupun darurat

( emergency ) output UPS lebih stabil dan halus. UPS bekerja secara bypass disaat

UPS dalam kondisi perawatan atau saat ada gangguan.

LINE FILTER

SURGE

ABSORBER

RECTIFIER /

CHARGER /

CHOPPERINVERTER

STATIC

SWITCH

ISOLATION

TRANSFORMER

BYPASS

BATTERIES

MCCBINPUT POWER OUTPUT

POWER

Gambar 2.19 Diagram blok UPS on line [4]

Dalam sistem kerjanya, UPS jenis ini memiliki tiga keadaan atau sistem operasi :

2.3.1.1 Keadaan Input Normal


16

Dalam kondisi normal, UPS bekerja ketika input listrik menyala. Gambar

2.12, menggambarkan aliran daya ketika UPS dalam kondisi normal.

LINE FILTER

SURGEABSORBER

RECTIFIER /CHARGER /CHOPPER

INVERTER

STATICSWITCH

ISOLATIONTRANSFORMER

BYPASS

BATTERIES


POWER

POWER FLOW

Gambar 2.20 Aliran daya UPS kondisi normal [4]

Penyearah pada unit UPS, termasuk rangkaian penguat arus searah,

mengubah input listrik bolak-balik ke listrik searah. Rangkaian penguat( Chopper)

menjaga tegangannya konstan, dengan pembatasan arus, untuk mengisi baterai

dan juga mensuplai tegangan searah dengan besaran tertentu ke bagaian inverter.

Bagian inverter membangkitkan tegangan keluaran sinusoida dengan kualitas

baik. Bagian baterai selalu terpelihara dengan keadaan pengisian yang konstan

ketika UPS dalam kondisi ini.

2.3.1.2 Keadaan Bypass

Jika unit UPS dalam keadaan beban lebih atau terdapat gangguan internal,

aliran arus secara otomatis pindah dari unit rangkaian utama ke rangkaian bypass.

Arah aliran dapat dilihat pada gambar 2.13.

Perpindahan ini terjadi secara otomatis kurang dari empat milidetik dalam

fasa. Waktu perpindahan tidak cukup lama karena akan mengakibatkan interupsi

pada banyak beban. Jika aliran arus pindah ke kondisi bypass karena terjadi beban

lebih dan kondisi beban lebih berakhir dalam beberapa saat, maka aliran arus

secara otomatis kembali ke keadaan operasi normal.


17

LINE FILTER

SURGEABSORBER


INVERTER

STATICSWITCH


BYPASS

BATTERIES


POWER

POWER FLOW

Gambar 2.21 Aliran daya UPS kondisi bypass [4]

Jika aliran arus dalam kondisi bypass akibat terjadinya gangguan ( fault

condition ), maka aliran arus harus pindah secara manual dari kondisi bypass ke

kondisi operasi normal, setelah gangguan tersebut diatasi. Biasanya dengan cara

mereset saklar RUN/STOP. Dan ini juga berlaku untuk gangguan-gangguan yang

tidak fatal.

2.3.1.3 Keadaan Darurat (Kerja Baterai)

Ketika daya input arus bolak-balik mengalami gangguan atau mati, maka

baterai-baterai UPS segera mensuplai tegangan searah ke bagian inverter UPS.

Rangkain ini mengkonversinya menjadi tegangan bolak-balik pada output UPS.

LINE FILTER

SURGEABSORBER


INVERTER

STATICSWITCH


BYPASS

BATTERIES


POWER

POWER FLOW

Gambar 2.22 Aliran daya UPS kondisi darurat [4]

Proses ini akan terus berlangsung hingga tegangan baterai jatuh (drop).

Ketika ini terjadi, baterai akan menghentikan suplai daya ke beban. Baterai-

baterai UPS biasanya sanggup memberikan waktu sekitar tujuh menit waktu

backup ( tanpa tambahan bank baterai). Waktu ini tepat ketika unit UPS

beroperasi saat beban penuh (87% dari nominal kapasitas output). Ketika UPS


18

beroperasi dengan beban setengah penuh, baterai-baterai dapat memberikan 30

menit waktu backup. Besaran waktu ini tergantung model dan merek UPS,

kondisi baterai, tipe beban, temperatur dan variabel lainnya.

2.3.2 UPS Jenis Off Line

UPS jenis Off Line, yaitu UPS yang bekerja secara bypass, dimana saat

listrik input dalam keadaan normal, maka bagian inverter tidak bekerja.

Sedangkan saat listrik padam, maka inverter bekerja.

Pada UPS jenis off Line, outputnya akan mengalami pemutusan sementara

yaitu pada saat transfer switch bekerja. Transfer switch akan bekerja pada saat

listrik utama padam. Proses ini terjadi dalam waktu kurang dari 4 milidetik.

Meskipun demikian untuk peralatan yang sensitif terhadap gangguan listrik, hal

ini akan sangat mungkin dapat mengakibatkan gangguan terhadap sistem

peralatan yang digunakan. Pada UPS jenis ini beban (output) dari UPS akan

mendapatkan sumber listrik langsung pada saat sumber listrik utama (PLN) ada,

baru pada saat llistrik utama PLN padam beban mendapatkan sumber energi listrik

dari UPS. Sehingga pada saat sumber listrik utama ada, tegangan output akan

sangat bergantung pada input sumber listrik utama PLN. Untuk mengatasi hal ini

maka dikembangkanlah metode line interactive untuk mengurangi ganguan yang

diakibatkan oleh buruknya sumber listrik utama. Blok diagramnya akan menjadi

seperti gambar dibawah ini :

Gambar 2.23 Diagram blok off line UPS saat kondisi normal (bypass) [2], [4], [5]


19

Gambar 2.24 Diagram blok off line UPS saat kondisi darurat [2], [4], [5]

2.4 HARMONIK PADA UPS

Salah satu masalah terbesar dalam aspek kualitas daya adalah kandungan

harmonik pada sistem listrik. Harmonik adalah gangguan yang terjadi pada sistem

distribusi tenaga listrik akibat terjadinya distorsi gelombang arus dan tegangan.

Pada dasarnya, harmonik adalah gejala pembentukan gelombang-gelombang

dengan frekuensi berbeda yang merupakan perkalian bilangan bulat dengan

frekuensi dasarnya. Hal ini disebut frekuensi harmonik yang timbul pada bentuk

gelombang aslinya sedangkan bilangan bulat pengali frekuensi dasar disebut

angka urutan harmonik. Misalnya, frekuensi dasar suatu sistem tenaga listrik

adalah 50 Hz, maka harmonik keduanya adalah gelombang dengan frekuensi

sebesar 100 Hz, harmonik ketiga adalah gelombang dengan frekuensi sebesar 150

Hz dan seterusnya. Gelombang-gelombang ini kemudian menumpang pada

gelombang murni atau aslinya sehingga terbentuk gelombang cacat yang

merupakan jumlah antara gelombang murni sesaat dengan gelombang

harmoniknya. Proses tersebut dapat digambarkan sebagai berikut :


20

Gambar 2.25 Proses pembentukan gelombang yang terdistorsi harmonik

Sumber harmonik arus dan tegangan mempengaruhi rugi daya, interferensi

magnetik (EMI), dan torsi pulsa pada drives motor AC. Beberapa bentuk

gelombang periodik dapat ditampilkan dan diset komponen harmoniknya. Dengan

transformasi Fourier, komponen ini dapat dipecahkan. Frekuensi masing-masing

komponen harmonik adalah suatu pembagian terintegrasi dari pokoknya.

2.4.1 Analisis Harmonik

Gambar 2.13 memperlihatkan suatu gelombang terdistorsi yang telah

dipisahkan menjadi gelombang fundamental dan komponen harmonik ketiga.

Gambar 2.25 Tampilan gelombang terdistorsi fundamental dengan harmonik ketiga [6]


21

Penguraian gelombang periodik dengan cara tersebut beracuan pada analisis

Fourier seperti ditunjukkan pada persamaan berikut :

( ) ( ) stF s f t e dt∞

−

−∞

= ∫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.5)

( ) ( ) stf t F s e dt∞

−∞

= ∫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.6)

Gambar 2.26 Transformasi pulsa [6]

2

0

1( )

2oA f x dxπ

π= ∫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.6)

2

0

1( ) ( )

2nA f x Sin nx dxπ

π= ∫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.7)

2

0

1( ) ( )

2nB f x Cos nx dxπ

π= ∫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.8)

2 2( )n n nH A B= + . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.9)

1tan nn

n

B

Aθ −

=

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.10)

1

( ) no

n

Af x A

B

∞ = +

∑ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.11)

2

0

2( ) ( )

1,3,5,7.....

nH f x Sin nx dx

n

π

π=

=

∫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.12)


22

2.4.2 Faktor distorsi harmonik dan distorsi harmonik total

Setelah gelombang periodik dipecah menjadi komponen sinusoidalnya,

analisis kuantitatif dari bagian-bagiannya dapat dilakukan. Istilah faktor distorsi

digunakan dalam analisis ini. Faktor distorsi harmonik didefinisikan sebagai :

Jumlah kuadrat amplitudo semua harmonik

Kuadrat fungsi nonsinusoidaldf =

1/2

. 100%

. . . . . . . . . . (2.13)

Faktor distorsi dapat mengacu baik pada tegangan atau arus. Istilah yang

paling umum digunakan adalah total harmonic distortion (THD) yang dapat

dihitung baik untuk tegangan maupun arus. Nilai distorsi harmonik total (THD)

ditentukan dengan

%100.1

2

2

U

U

THD

n

nn∑

== . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(2.14)

dengan U1 adalah komponen fundamental suatu sinyal dan U2 sampai Un adalah

komponen harmonik

2.4.3 Karakteristik Keluaran Harmonik Pada Inverter

Karakteristik yang diinginkan dari inverter adalah output sinusoidal

dengan magnitude dan frekuensi yang dapat dikontrol. Untuk memperoleh hal

tersebut, maka suatu sinyal sinusoidal pada frekuensi yang diinginkan

dibandingkan pada gelombang segitiga.

Gambar 2.27 Sinyal sinusoid dan gelombang segitiga pada PWM [7]

Sinyal Vtriangular (Vtri) berada pada frekuensi switching (fs)/ Frekuensi

carrier Sinyal Control (Vcontrol) memiliki frekuensi modulasi yang merupakan


23

frekuensi fundamental yang dari tegangan output inverter. Rasio modulasi

amplitudo dari gelombang yang dihasilkan adalah :

ma = Vcontrol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(2.15) Vtri Sedangkan rasio modulasi frekuensi yang dari gelombang yang dihasilkan adalah

ma = fs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.16) f1 Tegangan keluaran yang dihasilkan inverter akan mengandung harmonik. Adapun

frekuensi dari tegangan harmonik yang terjadi dapat dirumuskan sbb :

fh = (jmf ± k)f1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(2.17)

dengan orde harmonik :

h = j(mf) ± k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.18)

Gambar 2.28 Contoh keluaran harmonik yang terjadi [7]


24

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN 3.1. METODE PENGUKURAN

Metode pengukuran yang dilakukan pada percobaan adalah berdasarkan

pada kompilasi dari dua standar, yaitu IEC 62040-3 (metode menentukan

performansi dan persyaratan test) dan standar nasional kanada CSA C813.1-01

(Metode pengujian performansi untuk Uninterruptible Power Supply) [8]. Dari

kompilasi tersebut, nilai – nilai karakteristik yang akan diuji adalah sebagai

berikut :

• Tegangan, arus dan daya untuk pembebanan mendekati 25%, 50%, 75% dan

100% dari kapasitas maksimal UPS

• Faktor daya

• Distorsi harmonik total pada arus (THDI)

• Distorsi harmonik total pada tegangan (THDU)

Besaran – besaran yang akan diukur pada UPS berbeban masing – masing

dapat diketahui melalui alat ukur daya HIOKI Hi-Power Tester and Analyzer tipe

3169. Melalui alat tersebut akan didapatkan nilai – nilai parameter yang

dibutuhkan bagi analisis performansi UPS terhadap berbagai tingkat pembebanan

dan berbagai kombinasi jenis beban. Parameter – parameter tersebut adalah nilai

tegangan [V], arus [A], daya [W, VAR, VA], faktor daya, frekuensi sistem [Hz],

THD [%], persentase [%] dan sudut fasa [°], komponen harmonik tegangan serta

bentuk gelombang arus dan tegangan sistem.

Pengukuran dilakukan pada dua kondisi kerja pada UPS yaitu kondisi

bypass (dimana suplai daya berasal dari jaringan PLN) dan kondisi darurat

(dimana suplai daya berasal dari baterai UPS). Kombinasi jenis beban dan tingkat

pembebanan dilakukan dengan menggunakan resistor variabel, induktor variabel

dan kapasitor variabel dengan mengatur variasi hambatan hingga diperoleh nilai

yang mendekati kombinasi tingkat pembebanan yang diinginkan. Berikut adalah

gambar rangkaian ekivalen masing – masing beban :


25

(a) (b)

(c)

Gambar 3.1 Rangkaian ekivalen (a) Resistor Variabel, (b) Induktor Variabel, (c) Kapasitor

Variabel

Gambar 3.2 Skema pembebanan untuk beban resistif murni (a) mendekati 25%, (b) mendekati

50%, (c) mendekati 75%, (d) mendekati 100%

Gambar 3.3 Skema pembebanan untuk beban induktif dan kapasitif murni (a) mendekati 25%, (b)

mendekati 50%, (c) mendekati 75%, (d) mendekati 100%


26

Gambar 3.4 Skema pembebanan untuk beban resistif-induktif pada tingkat pembebanan (a)

mendekati 25%, (b) mendekati 50%, (c) mendekati 75%, (d) mendekati 100%

Gambar 3.5 Skema pembebanan untuk beban resistif-kapasitif pada tingkat pembebanan (a)

mendekati 25%, (b) mendekati 50%, (c) mendekati 75%, (d) mendekati 100%

3.2. SKENARIO PEMBEBANAN DAN PENGUJIAN KARAKTERISTIK

UPS PADA KONDISI BYPASS

Untuk kondisi ini, secara umum skema rangkaian pada percobaan dapat


Gambar 3.6 Skema pembebanan untuk kondisi bypass


27

Pengambilan data dilakukan untuk beban resistif murni, induktif murni, kapasitif

murni, resistif-induktif, resistif-kapasitif dan resistif-induktif-kapasitif dengan

tingkat pembebanan untuk masing – masing jenis beban adalah mendekati 25%,

50%, 75%, dan 100% dari kapasitas UPS yang digunakan pada percobaan.

3.2.1. Beban Resistif Murni

Pengukuran ini dimaksudkan untuk melihat performansi UPS pada beban

resistif murni untuk kondisi bypass. Berikut adalah data hasil pengukuran pada

percobaan :

Tabel 3.1 Data hasil pengukuran beban resistif murni (kondisi bypass)

Jenis Beban

Rating beban [%]

Kondisi Bypass

v [V]

i [A]

P [W]

Q [VAR]

S [VA]

PF F

[Hz] THDU

[%] THDI [%]

Resistif

25 207.7 0.71 147.6 -1.6 147.6 -0.99 49.8 2.9 2.9

50 207.09 1.4 290.3 -3.1 290.4 -0.99 49.98 2.76 2.77

75 226.65 2.02 457.8 -5.4 457.8 -0.99 49.89 2.89 2.89

100 222.11 2.48 552.9 -6.4 552.9 -0.99 49.87 2.89 2.89

3.2.2. Beban Induktif Murni


induktif murni untuk kondisi bypass. Berikut adalah data hasil pengukuran pada

percobaan :

Tabel 3.2 Data hasil pengukuran beban induktif murni (kondisi bypass)

Jenis Beban

Rating beban [%]

Kondisi Bypass

v [V]

i [A]

P [W]

Q [VAR]

S [VA]

PF F

[Hz] THDU

[%] THDI [%]

Induktif

25 211.53 0.72 13.8 152.5 153.1 0.09 49.96 2.91 3.36

50 210.87 1.45 23.7 304.2 305.2 0.07 50 2.86 3.56

75 210.24 2.219 31.9 464.8 465.9 0.068 50 2.88 3.22

100 209.7 2.68 40.4 561.2 562.7 0.07 50.13 3.06 3.32


28

3.2.3. Beban Kapasitif Murni


kapasitif murni untuk kondisi bypass. Berikut adalah data hasil pengukuran pada

percobaan :

Tabel 3.3 Data hasil pengukuran beban kapasitif murni (kondisi bypass)

Jenis Beban

Rating beban [%]

Kondisi Bypass

v [V]

i [A]

P [W]

Q [VAR]

S [VA]

PF F

[Hz] THDU

[%] THDI [%]

Kapasitif

25 211.46 0.73 -0.4 -152.6 152.6 -0.002 49.9 3.03 16.93

50 211.2 1.45 -1.9 -302 302 -0.006 49.7 2.72 16.16

75 208.28 2.135 -3.6 -438.7 438.7 -0.0082 50.04 2.84 14.47

100 210.98 2.64 -4 -551.6 551.6 -0.007 49.9 2.93 14.78

3.2.4. Beban Resistif-Induktif


resistif-induktif untuk kondisi bypass. Berikut adalah data hasil pengukuran pada

percobaan :

Tabel 34 Data hasil pengukuran beban Resistif-Induktif (kondisi bypass)

Jenis Beban

Rating Kondisi Bypass

beban v i P Q S PF

F THDU THDI

[%] [V] [A] [W] [VAR] [VA] [Hz] [%] [%]

Resistif-Induktif

25 211.71 0.71 112.1 99 149.6 0.75 49.9 2.87 2.01

50 209.98 1.386 211.3 200 290.9 0.726 49.9 2.86 2.1

75 212.23 2.015 78.1 419.7 426.9 0.183 50 2.91 3

100 206.84 2.78 188.8 543.3 575.2 0.328 49.9 2.89 3.13

3.2.5. Beban Resistif-Kapasitif


resistif-kapasitif untuk kondisi bypass. Berikut adalah data hasil pengukuran pada

percobaan :


29

Tabel 3.5 Data hasil pengukuran beban Resistif-Kapasitif (kondisi bypass)

Jenis Beban

Rating beban [%]

Kondisi Bypass

v [V]

i [A]

P [W]

Q [VAR]

S [VA]

PF F

[Hz] THDU

[%] THDI [%]

Resistif-Kapasitif

25 212.18 0.69 103.7 -103.7 146.7 -0.7 50 2.82 11.9

50 231.29 1.469 236.8 -240.8 337.8 -0.7 50 2.92 10.52

75 210.71 2.17 46.2 -449.5 451.9 -0.1 50 2.93 14.6

100 208.64 2.72 145.1 -542.5 561.6 -0.258 50.15 2.86 13.87

3.2.6. Beban Dengan Faktor Daya Lag


dengan faktor daya lag untuk kondisi bypass. Berikut adalah data hasil

pengukuran pada percobaan :

Tabel 3.6 Data hasil pengukuran beban dengan faktor daya lag (kondisi bypass)

Jenis Beban

Faktor Kondisi Bypass Daya v i P Q S

PF F THDU THDI

[Lead] [V] [A] [W] [VAR] [VA] [Hz] [%] [%]

PF

Lead

0.5 231.34 2.107 248.8 418.2 486.6 0.511 49.9 2.82 3.49

0.6 204.99 1.915 228 319.1 392.2 0.58 50 2.72 3.49

0.7 225.89 2.105 353.1 318 475.2 0.743 49.9 3.08 3.28

0.8 229.17 1.6 303.8 205.6 366.8 0.828 49.9 3.08 2.81

0.9 208.42 1.79 336.7 163.2 374.1 0.899 49.9 2.87 2.49

3.2.7. Beban Dengan Faktor Daya Lead


dengan faktor daya lead untuk kondisi bypass. Berikut adalah data hasil


Tabel 3.7 Data hasil pengukuran beban dengan faktor daya lag (kondisi bypass)

Jenis Beban

Rating Kondisi Bypass beban v i P Q S

PF F THDU THDI

[%] [V] [A] [W] [VAR] [VA] [Hz] [%] [%]

PF Lag

0.5 208.38 1.98 218 -350.8 413 -0.53 50 2.81 4.84

0.6 232.73 2.06 291 -381.3 479.6 -0.6 49.8 2.91 4.48

0.7 205.41 1.94 281 284.3 399.7 -0.7 50 3.19 4.35

0.8 204.81 2.14 341.1 275.6 438.5 -0.78 50 3.05 3.82

0.9 205.39 1.84 337.4 -171.3 378.4 -0.89 50 2.93 3.25


30

3.3. SKENARIO PEMBEBANAN DAN PENGUJIAN KARAKTERISTIK

UPS PADA KONDISI DARURAT (SUPLAI DAYA DARI BATERAI)

Untuk kondisi ini, secara umum skema rangkaian pada percobaan dapat


Gambar 3.7 Skema pembebanan untuk kondisi darurat

Pengambilan data dilakukan untuk beban resistif murni, induktif murni, kapasitif

murni, resistif-induktif, resistif-kapasitif dan resistif-induktif-kapasitif dengan

tingkat pembebanan untuk masing – masing jenis beban adalah 25%, 50%, 75%,

dan 100% dari kapasitas UPS yang digunakan pada percobaan.

3.3.1. Beban Resistif Murni


resistif murni untuk kondisi suplai daya dari baterai. Berikut adalah data hasil


Tabel 3.8 Data hasil pengukuran beban Resistif Murni (kondisi darurat)

Jenis Beban

Rating beban [%]

Kondisi Darurat

v [V]

i [A]

P [W]

Q [VAR]

S [VA]

PF F

[Hz] THDU

[%] THDI [%]

Resistif

25 220.9 0.756 167 -127.5 210.1 -0.79 80.65 87.14 87.04

50 179.93 1.21 219.1 -155 268.4 -0.816 80.66 90.2 90.13

75 144.66 1.291 0.186 -124.1 224.2 -0.833 80.86 94.32 94.33

100 124.97 1.4 175.3 -110.8 207.4 -0.84 81.06 82.93 82.9


31

3.3.2. Beban Induktif Murni


induktif murni untuk kondisi suplai daya dari baterai. Berikut adalah data hasil


Tabel 3.9 Data hasil pengukuran beban induktif murni (kondisi darurat)

Jenis Beban

Rating beban [%]

Kondisi Darurat

v [V]

i [A]

P [W]

Q [VAR]

S [VA]

PF F

[Hz] THDU

[%] THDI [%]

Induktif

25 265.81 0.287 16.4 35.8 39.3 0.415 81.13 95.55 94.86

50 245.87 0.545 11.2 72.7 73.6 0.152 81.14 98.47 85.84

75 245.89 1.027 17.6 110.4 111.8 157.2 81.02 92.16 94.57

100 232.33 1.4 15.6 126.2 127.2 0.123 81.02 88.76 92.19

3.3.3. Beban Kapasitif Murni


kapasitif murni untuk kondisi suplai daya dari baterai. Berikut adalah data hasil


Tabel 3.10 Data hasil pengukuran beban kapasitif murni (kondisi darurat)

Jenis Beban

Rating beban [%]

Kondisi Darurat

v [V]

i [A]

P [W]

Q [VAR]

S [VA]

PF F

[Hz] THDU

[%] THDI [%]

Kapasitif

25 229.6 1.43 -1.1 -158.9 158.9 -6.6 81.11 90.54 87.12

50 - - - - - - - - -

75 - - - - - - - - -

100 - - - - - - - - -

Untuk beban jenis ini, pada tingkat pembebanan diatas 25%, data yang terukur

tidak bisa terbaca secara akurat, karena daya baterai habis sebelum 1 menit.


32

3.3.4. Beban Resistif-Induktif


resistif-induktif untuk kondisi suplai daya dari baterai. Berikut adalah data hasil


Tabel 3.11 Data hasil pengukuran beban Resistif-Induktif (kondisi darurat)

Jenis Beban

Rating beban [%]

Kondisi Darurat

v [V]

i [A]

P [W]

Q [VAR]

S [VA]

PF F

[Hz] THDU

[%] THDI [%]

Resistif-Induktif

25 206.49 0.56 102.8 108.7 -0.94 81 83.13 86.49 111.23

50 189.3 0.97 163.3 -68.3 177 -0.92 80.96 92.33 85.79

75 215.88 1.037 76.9 66.1 101.4 758.4 81.01 86.4 93.95

100 - - - - - - - - -

Untuk rating pembebanan diatas 75% tidak dapat diperoleh data yang akurat,

karena rata – rata baterai mati sebelum 1 menit.

3.3.5. Beban Resistif-Kapasitif


resistif-kapasitif untuk kondisi suplai daya dari baterai. Berikut adalah data hasil


Tabel 3.12 Data hasil pengukuran beban Resistif-Kapasitif (kondisi darurat)

Jenis Beban

Rating beban [%]

Kondisi Darurat

v [V]

i [A]

P [W]

Q [VAR]

S [VA]

PF F

[Hz] THDU

[%] THDI [%]

Resistif-Kapasitif

25 202.86 1.034 87.1 -164.3 185.9 -0.47 81.01 83.04 85.33

50 163.44 1.6 123 -216.8 249.3 -0.49 80.65 90.15 93.49

75 - - - - - - - - -

100 - - - - - - - - -

Untuk rating pembebanan diatas 50% tidak dapat diperoleh data yang akurat,

karena rata – rata baterai mati sebelum 1 menit.


33

3.3.6. Beban Dengan Faktor Daya Lag


dengan faktor daya lag untuk kondisi suplai daya dari baterai. Berikut adalah data

hasil pengukuran pada percobaan :

Tabel 3.13 Data hasil pengukuran beban drngan factor daya lag (kondisi darurat)

Jenis Beban

Rating beban [%]

Kondisi Darurat

v [V]

i [A]

P [W]

Q [VAR]

S [VA]

PF F

[Hz] THDU

[%] THDI [%]

PF

Lead

0.5 252.6 0.86 31.6 101.2 106 0.29 80.62 94.52 87.42

0.6 232.13 0.97 77.9 48.8 91.9 0.847 80.73 95.86 90.18

0.7 207.84 1.12 109.5 -9.9 109.9 -0.99 80.82 88.49 93.03

0.8 212.85 0.91 96.2 14.8 97.4 -0.988 81.026 89.56 88.38

0.9 184.58 1.145 139.6 -38.1 144.7 -0.96 81.058 84.86 85.91

3.3.7. Beban Dengan Faktor Daya Lead


dengan faktor daya lead untuk kondisi suplai daya dari baterai. Berikut adalah

data hasil pengukuran pada percobaan :

Tabel 3.14 Data hasil pengukuran beban drngan faktor daya lead (kondisi darurat)

Jenis Beban Rating beban [%]

Kondisi Darurat v

[V] i

[A] P

[W] Q

[VAR] S

[VA] PF

F [Hz]

THDU [%]

THDI [%]

PF Lag

0.5 - - - - - - - - -

0.6 - - - - - - - - -

0.7 - - - - - - - - -

0.8 - - - - - - - - -

0.9 - - - - - - - - -

Pada beban dengan variasi daya lead, rata – rata baterai mati sebelum waktu satu

menit, sehingga tidak dapat diperoleh data yang akurat untuk kondisi ini.


34

BAB IV

HASIL UJI COBA DAN ANALISIS

Analisis berikut akan dilakukan berdasarkan dua pengamatan, dimana

masing – masing pengamatan dilakukan pada kinerja UPS untuk kondisi suplai

daya normal dan kondisi suplai daya dari baterai. Pengamatan yang pertama yaitu

pengamatan pada pengaruh variasi beban dan tingkat pembebanan terhadap

keluaran UPS. Pengamatan yang kedua yaitu pengamatan pada pengaruh variasi

faktor daya terhadap keluaran UPS.

4.1. PENGAMATAN PADA PENGARUH VARIASI BEBAN DAN

TINGKAT PEMBEBANAN PADA KELUARAN UPS

Berikut ini akan dianalisis masing – masing parameter keluaran UPS untuk

beban resistif murni, induktif murni, dan campuran beban resistif-induktif.

Analisis keluaran UPS pada beban kapasitif murni dan campuran beban resistif-

kapasitif tidak dapat dilakukan karena pada beban kapasitif murni arus keluaran

yang diserap cukup besar dari UPS cukup besar, sehingga data hanya dapat

diperoleh pada tingkat pembebanan mendekati 25%. Diatas tingkat pembebanan

tersebut, suplai daya baterai UPS habis sebelum 1 menit sehingga alat ukur

harmonik yang digunakan tidak dapat mengukur distorsi harmonik serta parameter

lainnya yang terjadi pada kondisi darurat secara akurat. Namun demikian, pada

beban kapasitif secara fisik pada percobaan terjadi getaran pada trafo UPS.

Disamping itu arus discharge pada beban kapasitif memiliki efek yang dapat

merusak UPS, karena setelah daya baterai habis, untuk tingkat pembebanan

mendekati 50% terukur arus discharge dari kapasitor sebesar 0,7 A. Sedangkan

pada beban resistif-kapasitif, pada kondisi darurat pengujian hanya dapat

dilakukan untuk dua kondisi, yaitu kondisi tingkat pembebanan 25% dan kondisi

tingkat pembebanan 50%. Untuk tingkat pembebanan diatas kondisi tersebut

tidak dapat terukur data yang akurat karena keluaran arus yang besar sehingga

UPS hanya bertahan dalam waktu beberapa detik saja.


35

4.1.1. Analisis Parameter Daya

Berikut adalah grafik perbandingan keluaran daya pada kondisi normal

dan kondisi darurat untuk masing – masing variasi beban :

(a) (b)

(c)

Gambar 4.1 Grafik perbandingan (a) daya semu, (b) daya aktif, (c) daya reaktif, untuk beban

resistif murni

(a) (b)

(c)

Gambar 4.2 Grafik perbandingan (a) daya semu, (b) daya aktif, (c) daya reaktif, untuk beban

induktif murni


36

(a) (b)

(c)

Gambar 4.3 Grafik perbandingan (a) daya semu, (b) daya aktif, (c) daya reaktif, untuk beban beban

resistif - induktif

Persentase perubahan beban yang terjadi dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan :

[ ] [ ] [ ][ ]% 100%

keluarankondisinormal keluarankondisidaruratperubahan x

keluarankondisinormal

−= …(4.1)

Berdasarkan persamaan diatas, diperoleh tabel perubahan persentase perubahan

keluaran daya UPS pada kondisi normal dan kondisi darurat sebagai berikut :

Tabel 4.1 Persentase perubahan parameter daya untuk setiap tingkat pembebanan pada beban

resistif murni

Tingkat Pembebanan [%]

S [%] P [%] Q [%]*

25 Naik 42.34 Naik 13.14 Naik 7868.75

50 Drop 7.58 Drop 24.53 Naik 4900.00

75 Drop 51.03 Drop 59.20 Naik 2198.15

100 Drop 62.86 Drop 68.61 Naik 1658.73

*Kenaikan daya reaktif yang terjadi adalah daya reaktif dengan nilai negatif


37


induktif murni

Tingkat Pembebanan [%] S [%] P [%] Q[%]

25 Drop 74.33 Naik 18.84 Drop 76.52

50 Drop 75.88 Drop 52.74 Drop 76.10

75 Drop 76.00 Drop 44.83 Drop 76.25

100 Drop 77.39 Drop 61.39 Drop 77.51


resistif-induktif

Tingkat Pembebanan [%] S [%] P [%] Q [%]

25 Drop 27.34 Drop 8.30 Drop 135.76

50 Drop 39.15 Drop 22.72 Drop 134.15

75 Drop 76.25 Drop 1.54 Drop 84.25

100 - - -

Pada grafik 4.1 terlihat bahwa untuk beban resistif murni, pada kondisi normal

keluaran daya pada UPS sebanding dengan persamaan daya :

S = P + jQ ……………………………………………………………………. (4.2)

dimana daya semu yang terukur adalah sama dengan daya aktifnya, sedangkan

daya reaktifnya terukur sangat kecil sekali dengan nilai tertinggi -6,3 Var pada

tingkat pembebanan 100%. Untuk kondisi darurat, terlihat bahwa terjadi kenaikan

daya reaktif yang sangat tinggi dimana persentase kenaikan tertinggi terjadi pada

tingkat pembebanan 25%, padahal seharusnya dengan jenis beban yang resistif

tidak ada daya reaktif yang dihasilkan. Adapun persentase kenaikan daya reaktif

yang terjadi semakin kecil seiring dengan kenaikan tingkat pembebanan. Hal ini

disebabkan karena untuk tingkat pembebanan yang semakin tinggi, resistansi

beban yang diberikan semakin kecil. Dari fakta tersebut terlihat bahwa pada saat


38

kondisi suplai daya berasal dari baterai (kondisi darurat), UPS memiliki sifat

kapasitif.

Untuk beban induktif murni, pada kondisi normal keluaran daya pada UPS

sebanding dengan persamaan daya 4.1 dimana berdasarkan jenis bebannya, daya

semu yang dihasilkan pada keluaran UPS nilainya sama dengan daya reaktif yang

dihasilkan oleh beban, sedangkan daya aktif yang terukur sangat kecil sekali

dengan nilai tertinggi 40,4 W pada tingkat pembebanan 100%. Bila dianalisis,

nilai daya aktif yang muncul tersebut kemungkinan disebabkan oleh resistansi

pada kabel penghubung. Kemudian pada kondisi darurat terlihat bahwa terjadi

penurunan daya semu dimana tingkat penurunan yang terjadi sebanding dengan

kenaikan tingkat pembebanan. Pada kondisi ini terjadi pula penurunan daya

reaktif dengan tingkat penurunan yang hampir sama dengan penurunan pada daya

semunya. Sedangkan pada daya aktifnya terlihat bahwa pada tingkat pembebanan

25% mengalami kenaikan sebesar 18,84% dan diatas tingkat pembebanan 25%

mengalami penurunan.

Untuk campuran beban resistif-induktif, beban resistif dan beban induktif

diatur untuk memperoleh tingkat pembebanan yang diinginkan. Untuk campuran

beban ini UPS hanya dapat bekerja pada tingkat pembebanan hingga 75%,

sedangkan pada tingkat pembebanan 100% UPS hanya dapat menyuplai beban

dalam waktu kurang dari 1 menit, sehingga tidak dapat diperoleh data yang akurat

pada tingkat pembebanan tersebut. Dari grafik 4.3 diatas terlihat bahwa pada

kondisi normal, untuk tingkat pembebanan 25% dan 50% beban resistif yang

diberikan lebih besar dari beban induktifnya. Kemudian pada saat kondisi darurat

untuk kedua tingkat pembebanan tersebut terjadi penurunan pada masing –

masing daya semu dan daya aktif. Selain itu terlihat pula bahwa pada kondisi ini

daya reaktifnya berubah menjadi negatif. Hal ini menunjukkan bahwa keluaran

daya reaktif UPS bernilai negatif dan nilainya lebih besar dari daya reaktif pada

beban induktif pada kedua kondisi tersebut. Selanjutnya untuk tingkat

pembebanan 75% beban induktif yang diberikan lebih besar bila dibandingkan

dengan beban resistifnya, sehingga dihasilkan daya reaktif yang lebih besar

daripada daya aktifnya. Kondisi ini menghasilkan penurunan daya semu sebesar

76,25%, penurunan daya aktif sebesar 1,54% dan daya reaktif sebesar 84,25%.


39

Dengan membandingkan ketiga jenis beban tersebut terlihat bahwa untuk

kondisi darurat, keluaran daya reaktif (bernilai negatif) dari UPS yang dihasilkan

pada beban resistif lebih besar daripada daya reaktif (bernilai negatif) yang

dihasilkan pada beban induktif.

4.1.2. Analisis Parameter Tegangan Dan Arus

Berikut adalah grafik perbandingan keluaran tegangan dan arus pada

kondisi normal dan kondisi darurat untuk masing – masing variasi beban :

(a) (b)

(c)

Gambar 4.4 Grafik perbandingan tegangan pada kondisi normal (bypass) dan kondisi darurat pada

(a) beban resistif murni, (b) beban induktif murni, (c) beban resistif - induktif

(a) (b)


40

(c)

Gambar 4.5 Grafik perbandingan arus pada kondisi normal (bypass) dan kondisi darurat pada (a)

beban resistif murni, (b) beban induktif murni, (c) beban resistif - induktif

Berdasarkan persamaan 4.1, diperoleh tabel perubahan persentase perubahan

keluaran tegangan dan arus UPS pada kondisi normal dan kondisi darurat sebagai

berikut :

Tabel 4.4 Persentase perubahan parameter tegangan dan arus untuk setiap tingkat pembebanan

pada beban resistif murni

Tingkat Pembebanan [%]

V [%] I [%]

25 Naik 6.36 Naik 6.48

50 Drop 13.12 Drop 13.57

75 Drop 36.17 Drop 36.09

100 Drop 43.98 Drop 44.00


pada beban induktif murni

Tingkat Pembebanan [%] V [%] I [%]

25 Naik 25.66 Drop 60.14

50 Naik 16.60 Drop 62.41

75 Naik 16.96 Drop 53.72

100 Naik 10.79 Drop 47.76


pada beban resistif-induktif


41

Tingkat Pembebanan [%] Perubahan [%] Perubahan [%]

25 Drop 2.47 Drop 21.13

50 Drop 9.85 Drop 30.01

75 Naik 1.72 Drop 48.54

100 - -

Sebelum melakukan percobaan diupayakan agar baterai UPS berada dalam

kondisi terisi penuh, sehingga pada setiap tingkat pembebanan UPS dapat

mencapai kinerja yang maksimal.

Pada gambar 4.4 (a) terlihat bahwa pada beban resistif, untuk kondisi

normal tegangan dari sistem bervariasi antara 207.7 V hingga 223,09. Sedangkan

untuk kondisi darurat tegangan baterai pada tingkat pembebanan 25% adalah

220,09 V dimana pada kondisi ini tegangan pada kondisi darurat mengalami

peningkatan sebesar 6,48%. Kemudian pada tingkat pembebanan 50% hingga

tingkat pembebanan 100% tegangan dari baterai mengalami penurunan secara

teratur dengan persentase penurunan bila dibandingkan dengan tegangan pada

kondisi normal adalah sebesar 13,12% untuk tingkat pembebanan 50%, 36,17%

untuk tingkat pembebanan 75% dan 43,98% untuk tingkat pembebanan 100%.

Selanjutnya pada gambar 4.4 (b) terlihat bahwa pada beban induktif murni,

untuk kondisi normal tegangan bervariasi antara 209,7 hingga 211,53. Sedangkan

untuk kondisi darurat, keluaran tegangan dari baterai UPS bervariasi antara

265,81 hingga 232,33. Bila dibandingkan dengan tegangan sistem pada kondisi

normal, tegangan keluaran UPS mengalami kenaikan dengan persentase kenaikan

tegangan yang semakin kecil untuk setiap kenaikan tingkat pembebanan. Hal ini

dapat dilihat pada tabel 4.5.

Kemudian pada gambar 4.4 (c) terlihat bahwa untuk campuran beban

resistif-induktif, pada kondisi normal tegangan pada sistem bervariasi antara

211,71 V hingga 206,84 V. Sedangkan untuk kondisi darurat, keluaran tegangan

dari baterai UPS bervariasi antara 189,3V hingga 215,88 V dengan persentase

perubahan yang bervariasi. Pada tingkat pembebanan 25% dan tingkat


42

pembebanan 50% terjadi penurunan tegangan dengan persentase masing – masing

sebesar 2,47% dan 9,85%. Terjadinya penurunan tersebut disebabkan karena pada

kedua tingkat pembebanan tersebut daya aktifnya lebih besar bila dibandingkan

dengan daya reaktifnya. Sedangkan pada tingkat pembebanan 75% terjadi

kenaikan tegangan dengan persentase kenaikan sebesar 1,72%. Pada kondisi ini

daya reaktif pada beban lebih tinggi dari pada daya aktifnya.

Dengan membandingkan perubahan tegangan yang terjadi pada masing –

masing beban, terlihat bahwa keluaran tegangan UPS pada kondisi darurat (suplai

daya dari baterai) akan lebih optimal pada beban induktif atau campuran beban

resistif – induktif dengan dominasi beban induktif yang lebih besar dari pada

beban resistifnya.

Untuk keluaran arus dari UPS baik pada kondisi normal maupun kondisi

darurat, keluaran arus semakin besar seiring dengan kenaikan tingkat

pembebanan. Namun bila dibandingkan, pada semua variasi beban dan variasi

tingkat pembebanan keluaran arus pada kondisi darurat mengalami penurunan bila

dibandingkan dengan keluaran arus pada kondisi normal dengan persentase

penurunan untuk masing masing beban dapat dilihat pada tabel 4.4, 4.5 dan 4.6.

4.1.3. Analisis Parameter Harmonik

Berikut adalah grafik perbandingan keluaran distorsi harmonik arus dan

tegangan pada kondisi normal dan kondisi darurat untuk masing – masing variasi

beban :

(a) (b)


43

(c) Gambar 4.6 Grafik perbandingan distorsi harmonik arus total pada kondisi normal (bypass) dan

kondisi darurat pada (a) beban resistif murni, (b) beban induktif murni, (c) beban resistif - induktif

(a) (b)

(c)

Gambar 4.7 Grafik perbandingan distorsi harmonik tegangan total pada kondisi normal (bypass)

dan kondisi darurat pada (a) beban resistif murni, (b) beban induktif murni, (c) beban resistif -

induktif

Berdasarkan persamaan 4.1, diperoleh tabel persentase perubahan distorsi

harmonik total tegangan dan arus UPS pada kondisi normal dan kondisi darurat

sebagai berikut :


44

Tabel 4.7 Persentase perubahan parameter distorsi harmonik total tegangan dan arus untuk setiap

tingkat pembebanan pada beban resistif murni

Tingkat Pembebanan [%] THDU [%] THDI [%]

25 Naik 2904.83 Naik 2901.38

50 Naik 3168.12 Naik 3153.79

75 Naik 3163.67 Naik 3164.01

100 Naik 2851.25 Naik 2839.72


tingkat pembebanan pada beban induktif murni


25 Naik 3183.51 Naik 2723.21

50 Naik 3343.01 Naik 2311.24

75 Naik 3100.00 Naik 2836.96

100 Naik 2800.65 Naik 2676.81


tingkat pembebanan pada beban resistif-induktif


25 Naik 2796.52 Naik 4202.99

50 Naik 3128.32 Naik 3985.24

75 Naik 2869.07 Naik 3031.67

100 - -

Pada gambar , 4.8 dan 4.9 terlihat bahwa tingkat distorsi harmonik baik distorsi

harmonik arus dan tegangan yang dihasilkan oleh keluaran UPS pada kondisi

darurat sangat tinggi dengan nilai distorsi terkecil sebesar 82,9% dan distorsi

harmonik tertinggi adalah sebesar 98,47%. Bila tingkat distorsi harmonik

tegangan dan arus dibandingkan, maka akan diperoleh persentase perubahan


45

kenaikan distorsi harmonik yang tinggi untuk setiap variasi beban pada semua

tingkat pembebanan. Bila dianalisis, tingginya tingkat distorsi harmonik pada

keluaran UPS tersebut dipengaruhi oleh buruknya karakteristik keluaran dari

inverter.

4.2. PENGAMATAN PENGARUH VARIASI FAKTOR DAYA PADA

KELUARAN UPS

Berikut ini akan dianalisis masing – masing parameter keluaran UPS untuk

variasi faktor daya lag 0,5 , 0,6 , 0,7 , 0,8 dan 0,9. Analisis pada beban dengan

variasi faktor daya lead tidak dapat dilakukan, karena untuk pengujian dengan

tingkat pembebanan antara 300 VA dan 500 VA pada faktor daya antara 0,5

hingga 0,9 lead, keluaran UPS pada kondisi darurat rata - rata hanya dapat

bertahan dalam waktu kurang dari 1 menit, sehingga untuk beban dengan jenis

faktor daya tersebut tidak dapat diperoleh data yang akurat untuk dapat

dibandingkan antara kondisi suplai daya normal dan kondisi suplai daya darurat

pada UPS.

4.2.1. Analisis Parameter Daya

Berikut adalah grafik perbandingan keluaran daya pada kondisi normal

dan kondisi darurat untuk masing – masing variasi faktor daya :

(a) (b)

(c)

Gambar 4.8 Grafik perbandingan (a) daya semu, (b) daya aktif, (c) daya reaktif, untuk kondisi

normal dan kondisi darurat pada variasi faktor daya


46

Berdasarkan persamaan 4.1, diperoleh tabel persentase perubahan parameter daya

UPS pada kondisi normal dan kondisi darurat sebagai berikut :

Tabel 4.10 Persentase perubahan parameter keluaran daya UPS pada variasi faktor daya lag

Parameter PF = 0,5 PF = 0,6 PF = 0,7 PF = 0,8 PF = 0,9

S Drop 78.22

Drop 76.57

Drop 76.87

Drop 73.45

Drop 61.40

P Drop 87.30

Drop 65.83

Drop 68.99

Drop 68.33

Drop 58.54

Q Drop 75.80

Drop 84.71

Drop 103.11

Drop 92.80

Drop 123.35

Untuk faktor daya 0,5 pada kondisi normal, daya reaktif yang terukur adalah

sebesar 418,2 Var, sedangkan daya aktif yang terukur adalah sebesar 248,8 W.

Ketika suplai daya diubah menjadi kondisi darurat, terjadi penurunan masing –

masing sebesar 78,22% untuk daya semu, 87,30% untuk daya aktif dan 75,80%

untuk daya reaktif. Kemudian untuk faktor daya 0,6 pada kondisi normal, daya

reaktif yang terukur adalah sebesar 319,1 Var, sedangkan daya aktif yang terukur

adalah sebesar 228 W. Ketika suplai daya diubah menjadi kondisi darurat, terjadi

penurunan masing – masing sebesar 76,57% untuk daya semu, 65,83% untuk daya

aktif dan 84,71% untuk daya reaktif. Selanjutnya untuk faktor daya 0,7 pada

kondisi normal, daya aktif yang terukur adalah sebesar 353,1 dan daya reaktif

yang terukur adalah sebesar 318 W. Ketika suplai daya diubah menjadi kondisi

darurat, terjadi penurunan masing – masing sebesar 76,87% untuk daya semu,

68,99% untuk daya aktif dan 103,11% untuk daya reaktifnya. Setelah itu untuk

faktor daya 0,8 pada kondisi normal, daya reaktif yang terukur adalah sebesar

205,6 Var dan daya aktif yang terukur adalah sebesar 336,7 W. Ketika suplai daya

diubah menjadi kondisi darurat, terjadi penurunan masing – masing sebesar

73,45% untuk daya semu, 68,33% untuk daya aktif dan 92,8% untuk daya reaktif.

Terakhir, untuk faktor daya 0,8 pada kondisi normal daya aktif yang terukur

adalah sebesar 336,7 W dan daya reaktif yang terukur adalah 163,2 Var. Ketika

suplai daya diubah menjadi kondisi darurat, terjadi penurunan masing – masing

sebesar 61,40% untuk daya semu, 58,54% untuk daya aktif dan 123,35% untuk

daya reaktif. Dengan menbandingkan keluaran faktor daya 0,5 hingga faktor daya


47

0,9 terlihat bahwa semakin tinggi faktor dayanya, maka persentase penurunan

yang terjadi pada daya semu untuk kondisi darurat akan semakin kecil.

4.2.2. Analisis Parameter Tegangan Dan Arus

Berikut adalah grafik perbandingan keluaran tegangan dan arus pada

masing – masing variasi faktor daya :

(a) (b)

Gambar 4.9 Grafik perbandingan (a) tegangan, (b) arus untuk kondisi normal dan kondisi darurat

pada variasi faktor daya



Tabel 4.11 Persentase perubahan parameter tegangan dan arus UPS pada variasi faktor daya lag


V Naik 9.19

Naik 13.24

Drop 7.99

Drop 7.12

Drop 11.44

I Drop 59.18

Drop 49.35

Drop 46.79

Drop 43.13

Drop 36.03

Dari grafik 4.11 (a) terlihat bahwa untuk campuran beban resistif-induktif pada

kondisi normal tegangan sistem bervariasi antara 204,99 V hingga 231,34 V.

sedangkan pada kondisi darurat tegangan yang dihasilkan pada keluaran UPS

bervariasi antara 184,58 hingga 252,6 dimana persentase perubahan yang

dihasilkan antara kondisi normal dan kondisi darurat mengalami kenaikan sebesar

9,19% pada faktor daya 0,5 dan 13,24% pada faktor daya 0,6. Hal ini disebabkan

karena pada kedua faktor daya tersebut, daya reaktif yang dihasilkan oleh beban

lebih tinggi daripada daya aktifnya. Sedangkan untuk faktor daya yang lebih

tinggi (yaitu 0,7; 0,8 dan 0,9), terjadi penurunan tegangan masing – masing

sebesar 7,99% pada faktor daya 0,7 , 7,12% pada faktor daya 0,8 dan 11,44%


48

pada faktor daya 0,9. Hal ini disebabkan pada ketiga faktor daya tersebut, daya

aktif yang dihasilkan oleh beban lebih tinggi daripada daya reaktifnya.

4.2.3. Analisis Parameter Distorsi Harmonik

Berikut adalah grafik perbandingan keluaran distorsi harmonik arus dan

tegangan pada kondisi normal dan kondisi darurat untuk masing – masing variasi

faktor daya :

(a) (b)

Gambar 4.10 Grafik perbandingan distorsi harmonik total (a) arus dan (b )tegangan pada kondisi

normal dan kondisi darurat untuk variasi faktor daya



Tabel 4.12 Persentase perubahan parameter distorsi harmonik total tegangan dan arus UPS pada

variasi faktor daya lag


THDU Naik

3251.77 Naik

3424.26 Naik

2773.05 Naik

2807.79 Naik

2856.79

THDI Naik

2404.87 Naik

2483.95 Naik

2736.28 Naik

3045.20 Naik

3350.20

Tidak jauh berbeda dengan kondisi beban sebelumnya, pada campuran beban

resistif-induktif terlihat bahwa tingkat distorsi harmonik total arus dan tegangan

yang dihasilkan seluruhnya berada diatas 80% dengan tingkat distorsi tegangan

dan arus yang terendah masing – masing sebesar 84,86% dan 85,91%. Bila

dianalisis, buruknya distorsi harmonik yang terjadi disebabkan karena

karakteristik keluaran harmonik yang buruk dari inverter pada UPS.


49

BAB V

KESIMPULAN

Pengujian yang telah dilakukan pada UPS untuk beberapa variasi beban

dan tingkat pembebanan telah membawa kepada sejumlah kesimpulan

perbandingan keluaran pada kondisi normal dan kondisi darurat sebagai berikut

ini:

1. Beban resistif Murni

Tingkat Pembebanan

[%]

Persentase Perubahan [%]*

S [%] P [%] Q [%] V [%] I [%] THDU

[%] THDI [%]

25 Naik 42.34

Naik 13.14

Naik 7868.75

Naik 6.36

Naik 6.48

Naik 2904.83

Naik 2901.38

50 Drop 7.58

Drop 24.53

Naik 4900.00

Drop 13.12

Drop 13.57

Naik 3168.12

Naik 3153.79

75 Drop 51.03

Drop 59.20

Naik 2198.15

Drop 36.17

Drop 36.09

Naik 3163.67

Naik 3164.01

100 Drop 62.86

Drop 68.61

Naik 1658.73

Drop 43.98

Drop 44.00

Naik 2851.25

Naik 2839.72

• Pada kondisi darurat terjadi kenaikan daya reaktif yang sangat tinggi

dengan persentase kenaikan yang semakin kecil untuk setiap kenaikan

tingkat pembebanan.

• Diatas tingkat pembebanan 25% tegangan baterai pada UPS mengalami

penurunan dengan persentase yang semakin besar pada tingkat

pembebanan yang lebih tinggi.

2. Pada beban induktif murni

Tingkat Pembebanan

[%]


S [%] P

[%] Q

[%] V

[%] I

[%] THDU

[%] THDI [%]

25 Drop 74.33

Naik 18.84

Drop 76.52

Naik 25.66

Drop 60.14

Naik 3183.5

Naik 2723.21

50 Drop 75.88

Drop 52.74

Drop 76.10

Naik 16.60

Drop 62.41

Naik 3343

Naik 2311.24

75 Drop 76.00

Drop 44.83

Drop 76.25

Naik 16.96

Drop 53.72

Naik 3100

Naik 2836.96

100 Drop 77.39

Drop 61.39

Drop 77.51

Naik 10.79

Drop 47.76

Naik 2800

Naik 2676.81


50

• Pada kondisi darurat terjadi penurunan daya semu dan daya reaktif yang

sebanding dengan kenaikan tingkat pembebanan.

• tegangan keluaran UPS pada kondisi darurat mengalami kenaikan dengan

persentase kenaikan tegangan yang semakin kecil untuk setiap kenaikan

tingkat pembebanan

3. Pada beban resistif induktif

Tingkat Pembebanan

[%]


S [%]

P [%]

Q [%]

V [%]

I [%]

THDU [%]

THDI [%]

25 Drop 27.34

8.30 Drop

135.76 Drop 2.47

Drop 21.13

Naik 2796.52

Naik 4202.99

50 Drop 39.15

22.72 Drop

134.15 Drop 9.85

Drop 30.01

Naik 3128.32

Naik 3985.24

75 Drop 76.25

1.54 Drop 84.25

Naik 1.72

Drop 48.54

Naik 2869.07

Naik 3031.67

• UPS hanya dapat bekerja hingga tingkat pembebanan hingga 75%,

• Komposisi campuran antara beban resistif dan induktif berpengaruh pada

keluaran UPS pada kondisi darurat.

4. Keluaran daya reaktif (bernilai negatif) dari UPS yang dihasilkan pada beban

resistif lebih besar daripada daya reaktif (bernilai negatif) yang dihasilkan

pada beban induktif.

5. Keluaran tegangan UPS pada kondisi darurat (suplai daya dari baterai) akan

lebih optimal pada beban induktif atau campuran beban resistif – induktif

dengan dominasi beban induktif yang lebih besar dari pada beban resistifnya.


51

6. Pada beban dengan faktor daya lagging

Parameter Persentase Perubahan [%]*

PF = 0,5 PF = 0,6 PF = 0,7 PF = 0,8 PF = 0,9

S Drop 78.22 Drop 76.57

Drop 76.87

Drop 73.45

Drop 61.40

P Drop 87.30 Drop 65.83

Drop 68.99

Drop 68.33

Drop 58.54

Q Drop 75.80 Drop 84.71

Drop 103.11

Drop 92.80

Drop 123.35

V Naik 9.19 Naik 13.24

Drop 7.99

Drop 7.12

Drop 11.44

I Drop 59.18 Drop 49.35

Drop 46.79

Drop 43.13

Drop 36.03

THDU Naik 3251.77 Naik

3424.26 Naik

2773.05 Naik

2807.79 Naik

2856.79

THDI Naik 2404.87 Naik

2483.95 Naik

2736.28 Naik

3045.20 Naik

3350.20 • Semakin tinggi faktor dayanya, maka persentase penurunan yang terjadi

pada daya semu untuk kondisi darurat akan semakin kecil.

* Persentase perubahan keluaran UPS dihitung berdasarkan persamaan 4.1


52

DAFTAR ACUAN

[1] Digital Engineering Library, Uninterruptible Power Supplies (UPS) and Standby Power Handbook ( McGraw-Hill, 2004), hal 141-221. Diakses 21 November 2007 dari situs departemen elektro. www.ee.ui.ac.id/lib [2] Jerry C Whitaker, AC Power Systems Handbook Third Edition (California : Morgan Hill, 2007), hal 136 – 216. [3] Centralion, “Centralion UPS service manual” Taiwan, 1996. [4] Toshiba International Corp, “1400XL plus series UPS service manual“, Houston, 1998. [5] Ahmad Supriadi, “UPS Sebagai Proteksi Sistem Kelistrikan Komputer”,2003. Diakses 21 September 2007 dari situs artikel populer ilmu komputer.com. www.ilmukomputer.com [6] Keith H Sueker, Power Electronics Design : A Practitioner’s Guide (USA : SciTech Publishing Inc, 2005), hal 208 [7] Mohan, Undeland, Robbins, Power Electronics Converter Applications and Design (USA : Wiley & Sons, 2003), hal 204, 485 [8] Srdjan Skok, Ph.D., Minea Skok, M,Sc., Niksa Vrkic, B.Sc., “Electrical Performance Test Procedures For Uninterruptible Power Supplies”. IEEE International Conference on Industrial Technology (ICIT) 2004. Diakses 25 September 2007 dari situs artikel IEEE. www.ieeexplore.ieee.org


53

DAFTAR PUSTAKA

Dugan, R.C., McGranaghan M.F, Santoso S, Beaty H.W., Electrical Power

System Quality (USA : McGrawHill, 2002) Mohan, Undeland, Robbins, Power Electronics Converter Applications and

Design (USA : Wiley & Sons, 2003) Sueker, H.Keith., Power Electronics Design : A Practitioner’s Guide (USA :

SciTech Publishing Inc, 2005) Whitaker,C.Jerry., AC Power Systems Handbook Third Edition (California :

Morgan Hill, 2007)


54

LAMPIRAN 1


55

Spesifikasi UPS

Mod

e A

C

Deskripsi UPS-600 VA

Voltase Input (Volt) 175 -275

Frekuensi Input (Hz) 50 Hz

Voltase Output (Volt) 198 - 240

Daya Output (VA) 600

Mod

e In

vert

er

Arus Output PWM Simulasi Sinwave

Daya Output (W) 300

Waktu back-up terisi penuh

Konfigurasi standar (menit + maksimum)

20-40 (1 PC + 1 Printer)

Dalam kondisi baterai lemah, UPS akan mati secara otomatis dan hidup secara otomatis jika di charge (ada aliran listrik)

Yes

Per

alih

an

Voltase input minimal dari AC ke Inverter

165 ± 5 Volts

Voltase input maksimal dari AC ke Inverter

275 ± 5 Volts

Voltase input dari inverter ke AC 265 ± 5 Volts

Waktu transfer : Tipikal (ms) 10 ± 2 ms

Maksimum 10 ± 2 ms

Standard FCC kelas A Yes

Permukaan RS-232 Yes (600 SB)

RUPS Software Yes (600 SB)

RJ-11 Yes (600 SB)


56

LAMPIRAN 2


57

Diagram Skematik Umum UPS Statis


58

LAMPIRAN 3


59

1. Beban Resistif mendekati 25% rating/ 150 VA (Kondisi Bypass)


60



61



62



63

5. Beban Induktif mendekati 25% rating/ 150 VA (Kondisi Bypass)


64



65



66



67

9. Beban Kapasitif mendekati 25% rating/ 150 VA (Kondisi Bypass)


68



69



70



71

13. Beban Resistif-Induktif mendekati 25% rating/ 150 VA (Kondisi Bypass)


72



73



74



75

17. Beban Resistif-Kapasitif mendekati 25% rating/ 150 VA (Kondisi Bypass)


76

18. Beban Resistif- Kapasitif mendekati 50% rating/ 300 VA (Kondisi Bypass)


77



78



79

21. PF = 0,5 Lag (Kondisi Bypass)


80



81



82



83



84

26. PF = 0,5 Lead (Kondisi Bypass)


85



86



87



88



89

31. Beban Resistif mendekati 25% rating/ 150 VA (Kondisi Darurat)


90



91



92



93

35. Beban Induktif mendekati 25% rating/ 150 VA (Kondisi Darurat)


94



95



96



97

39. Beban Kapasitif mendekati 25% rating/ 150 VA (Kondisi Darurat)


98

40. Beban Resistif-Induktif mendekati 25% rating/ 150 VA (Kondisi Darurat)


99



100



101

43. Beban Resistif-Kapasitif mendekati 25% rating/ 150 VA (Kondisi Darurat)


102

44. Beban Resistif-Kapasitif mendekati 50% rating/ 300 VA (Kondisi Darurat)


103

45. PF = 0,5 Lag (Kondisi Darurat)


104



105



106



107



ANALISIS PENGUJIAN KINERJA UPS STATIS TERHADAP...

Documents

Transcript of ANALISIS PENGUJIAN KINERJA UPS STATIS TERHADAP...