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


dilakukan terhadap kandungan THD tegangan di MDP1 MLTP1 adalah sebagai berikut:

Gambar 4.5 Sinyal tegangan pada MDP1 MLTP1


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



dilakukan terhadap kandungan THD arus di MDP1 MLTP2 adalah sebagai berikut:

22

22

Gambar 4.7 Sinyal arus pada MDP1 MLTP2



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


dilakukan terhadap kandungan THD tegangan di MDP1 MLTP2 adalah sebagai berikut:

Gambar 4.9 Sinyal tegangan pada MDP1 MLTP2


kandungan THD tegangan adalah sebagai berikut.

Gambar 4.10 Spektrum THD tegangan pada MDP1 MLTP2


- 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


2 MLTP 2 8.0 10.22 Perlu kompensasi

MLTP 1 8.0 9.91 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









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


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


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



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



Gambar 4.14 Spektrum THD arus pada MDP2 MLTP2 setelah ditambah filter pasif


- THD Arus = 2.34%

- Harmonisa ke3 = 1,24%



- 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.

KARYA ILMIAH - UNUD

Documents

Transcript of KARYA ILMIAH - UNUD