Menurunkan Tingkat Arus Harmonisa Pada Sistem Tenaga Listrik...

MENURUNKAN TINGKAT ARUS MENURUNKAN TINGKAT ARUS HARMONISA PADA SISTEM HARMONISA PADA SISTEM TENAGA LISTRIK DENGAN TENAGA LISTRIK DENGAN FILTER PASIF FREKUENSI FILTER PASIF FREKUENSI TUNGGAL ( TUNGGAL ( SINGLE-TUNEDSINGLE-TUNED ) )

Nama : Marsya Christalia LesnussaNama : Marsya Christalia LesnussaNRPNRP : 234: 2340504205042

Harmonisa merupakan gangguan yang terjadi pada sistem distribusi tenaga listrik akibat terjadinya distorsi gelombang arus dan tegangan.

Penggunaan peralatan yang mempunyai karakteristik non linier menyebabkan timbulnya harmonisa

Keberadaan Arus harmonisa dalam sistem tenaga listrik tidak dapat dihilangkan.

Salah satu cara untuk menurunkan kandungan arus harmonisa adalah dengan filter pasif frekuensi tunggal.

Bagaimana menurunkan Total Harmonic Distortion (THD) arus dengan Filter Pasif Frekuensi Tunggal (Single-Tuned) yang disusun secara resonansi seri dan resonansi paralel.

Bagaimana cara menentukan kapasitas filter pasif untuk mereduksi arus harmonisa yang mengalir ke sumber sistem daya

Membandingkan hasil unjuk kerja resonansi seri dan resonansi paralel dalam menurunkan THD

Tujuan dari tugas akhir ini adalah untuk mengetahui seberapa besar pengaruh dari filter pasif terhadap penurunan Total Harmonic Distortion pada sistem tenaga listrik

Data yang digunakan untuk penelitian adalah data sekunder (data dari buku TA Hendra Lokito, Handoko, dan Eko Hadiwibowo serta data dari laporan KP Melinda dan Hartanto).

Pembahasannya dilakukan dengan simulasi menggunakan software ETAP

Perkembangan beban listrik yang semakin besar dan komplek, serta pemakaian komponen semikonduktor dalam konversi energi listrik seperti peralatan converter, inverter, dan lain-lain yang merupakan beban non-linier akan menimbulkan perubahan bentuk gelombang aslinya, yang disebabkan oleh interaksi antara bentuk gelombang sinusoidal sistem dengan komponen gelombang lain.

Distorsi harmonik memberikan kerugian berupa penurunan kualitas sistem tenaga listrik antara lain, terjadi pemanasan pada peralatan, penurunan faktor daya, masalah resonansi dan lain-lain. Untuk meningkatkan kualitas sistem tenaga listrik maka distorsi harmonik harus ditekan seminimal mungkin

Definisi Harmonisa:Harmonisa merupakan suatu fenomena yang timbul akibat pengoperasian beban listrik non linier sehingga terbentuklah gelombang frekuensi tinggi yang merupakan kelipatan dari frekuensi fundamentalnya

Efek utama dari tegangan dan arus harmonisa di dalam sistem tenaga adalah:

Penambahan tingkat harmonisa akibat dari resonansi hubungan seri dan pararel.

Penurunan efisiensi pada daya generator, transmisi dan pemakaiannya.

Interferensi dengan rangkaian-rangkaian telepon (telekomunikasi) dan pemancar karena arus harmonisa urutan nol.

Kesalahan-kesalahan pada meter-meter piringan putar pengukur energi.

Berdasarkan IEEE Standard 519-1992Tabel 2.1. Current Distortion Limits untuk General

Distribution SystemMaximum Harmonics Current Distortion In % IL

Individual Harmonic Order (Odd Harmonics)

Isc/ IL < 11 11=<h<17 17=<h<23 23=<h<35 35=<h THD

<20 4 2 1.5 0.6 0.3 5

20-50 7 3.5 2.5 1 0.5 8

50-100 10 4.5 4 1.5 0.7 12

100-1000

12 5.5 5 2 1 15

>1000 15 7 6 2.5 1.4 20

Voltage at PCC Individual Voltage Distortion (%)

Total Harmonic Distortion THD (%)

69 kV and below 3.0 5.0

69 kV – 161 kV 1.5 2.5

161 kV 1.0 1.5

Tabel 2.2. Voltage Distortion Limits

Filter pasif merupakan konfigurasi rangkaian RLC (resistor, induktor, kapasitor) dan di-tune untuk mengontrol harmonisa

Ada beberapa teknik yang dapat digunakan untuk menurunkan tingkat arus harmonisa, yaitu dengan filter pasif frekuensi tunggal (Single-Tuned) maupun multi frekuensi (Multiple-Tuned).

Kapasitor Untuk mencari besarnya kapasitor yang dibutuhkan

adalah:

Untuk mencari tegangan kapasitor, dapat digunakan

rumus sebagai berikut:

Untuk mencari impedansi harmonisa ke-h, dapat

menggunakan rumus sebagai berikut:

CXC

1

)(hChC XIV

hX

X ChC )(

InduktorInduktor yang digunakan dalam rangkaian filter dirancang untuk mampu menahan frekuensi tinggi yaitu skin effect dan rugi-rugi histerisis.

Untuk mencari besar induktor yang dibutuhkan adalah:

Untuk mencari impedansi induktor pada harmonisa

ke-h, dapat digunakan rumus sebagai berikut:XL(h) = h × XL

2hX

X CL

Untuk mencari arus harmonisa beban: I harmonisa beban =

kVkVApuI h3

)(

PENGUMPULAN DATASumber Pembangkit Listrik P.T. Yanaprima Hastapersada mendapatkan suplai listrik

dari 2 Gardu Induk, yaitu dari Gardu Induk Sidokepung dan Gardu Induk Tulangan.

Suplai dari PLN akan masuk ke transformator step down, dari tegangan tinggi (20 kV), masuk ke 3 buah transformator yang digunakan untuk menurunkan tegangan menjadi 400 V. Adapun daya masing-masing transformator adalah 2000 kVA, 1000 kVA dan 1250 kVA.

Spesifikasi Transformator Tabel 3.1.

SpesifikasiTransformator1Phase 3

Frekuensi 50

kVA 2000

Volt HV 20000

LV 400

Ampere HV 57,73

LV 2886,75

Impedance 6%

BIL (kV) HV LI 125 AC50 / LI AC3

Order no. STK 405796

Serial no. 9630776

Year of manufacture 1996

Standard IEC-76

Type of cooling ONAN

Vector Group Dyn-5

Oil (Diala B) 1480 Liter

Spesifikasi TransformatorTabel 3.1. Spesifikasi Transformator 1 (sambungan)

Transformator weight

5210 kg

HV Tap Voltage

21000

20500

20000

19500

19000

Spesifikasi TransformatorTabel 3.2. Spesifikasi Transformator 2

Phase 3

Frekuensi 50

kVA 1000

Volt HV 20000

LV 400

Ampere HV 28,86

LV 1443,37

Impedance 5%


Order no. V2-460

Serial no. 231522


Standard IEC-76



Vector Group Dyn-5


Transformator weight3000 kg

HV Tap Voltage

22000

21000

20000

19000

18000

Spesifikasi TransformatorTabel 3.3. Spesifikasi Transformator 3

Phase 3

Frekuensi 50

kVA 1250

Volt HV 20000

LV 400

Ampere HV 36

LV 1804,2

Impedance 5,5%



Order no. STK 005198

Serial no. 9630776


Standard IEC-76


Type of cooling

Vector Group Dyn-5


Transformator weight 920 Liter

HV Tap Voltage

21000

20500

20000

19500

19000

Data Hasil Pengukuran Hasil Pengukuran tegangan, arus, frekuensi, cos phi, dan daya,

dapat dilihat pada tabel 3.4. Data Pengukuran (lihat: bab 3, hal.25-27)Data hasil pengukuran 3 fasa yang dilakukan pada SDP PP1 dapat dilihat pada:Tabel 3.5. Data Pengukuran 3 Fasa Pada Fasa R (bab 3, hal.28)Tabel 3.6. Data Pengukuran 3 Fasa Pada Fasa S (bab 3, hal.29)Tabel 3.7. Data Pengukuran 3 Fasa Pada Fasa T (bab 3, hal.30)

Berdasarkan tabel 3.4. jumlah daya aktif pada PP1, PP2 dan PP7 adalah sebesar 1046.6 kW, sedangkan untuk daya reaktif adalah sebesar 902.24 kVAR.∑ P1,2,7 = 1046.6 kW∑ Q1,2,7 = 902.24 kVARP = S x cos ΘQ = S x sin Θ

Q

tgSS

cossin

tg Θ = 0.862Θ = arc tg 0.862Θ = 40.76Cos Θ = 0.75Jadi faktor daya awal adalah 0.75Sedangkan berdasarkan data dari Gambar 3.1. maka besar kVA

terpasang adalah 1391 kVA.

862.06.1046

24.902

Sistem Suplai Listrik P.T. Yanaprima Hastapersada

PERENCANAAN FILTER DAN ANALISAPerhitungan Total Harmonic Distortion (THD) Perhitungan ITHD.

Diasumsikan bahwa spektrum harmonisa PP1, PP2 dan PP7 sama, karena itu perhitungan THDi disederhanakan dengan menggunakan persentasi arus rms sesuai tabel 3.7. pengukuran pada fasa T

1

2

2

I

II

k

kn

THD

1

231

24

23

22

2 .....I

IIIII DC

9471.00041,0.....0061.00392.00086.00067.0 22222

9471.010169077.0

=

=

= = 33,67 %

Perhitungan VTHD. Berdasarkan tabel 3.7. pengukuran pada fasa T

1

2

2

V

VV

k

kn

THD

1

231

24

23

22

2 ....V

VVVVVDC

9999.0001,0....0021.00003.00006,0 2222

9999.00003189.0

=

=

= = 1,78 %

Perhitungan Kapasitas Filter Pasif untuk Mereduksi Arus Harmonisa yang mengalir ke Sumber Sistem Tenaga Listrik.

Impedansi hubung singkat saluran 20 kV ke 400V Resistansi sumber

15.0500

400

CosMVAP

VU

SC

311 10. CosZR

SCPUZ

2

1

05.01015.0500400 3

2

1 R

dengan:

mΩ

Reaktansi sumber

311 10.

98.0

SinZX

Sin

31.01098.0500400 3

2

1 X mΩ

Resistansi transformator

kVASVU

WWC

2000400

21000

32

2

2 10

S

UWR C

84.0102000

40021000 32

2

2

R

89.084.005.021 RRRhs

mΩ

mΩ

Reaktansi transformator:

22

222 RZX S

UU SC2

100

72.484.02000400

1006 2

22

2

X

03.572.431.021 XXX hs

dengan: Z =

mΩ

mΩ

03.589.0 jjXRZ hshshs mΩ

Menentukan kapasitas efektif daya reaktif filter (Rumus. 2.6):Qeff = S x [sin(arc cos pf0) – sin(arc cos pf1)

Qeff = 1391 x [sin(arc cos 0.75) – sin(arc cos 0.95)Qeff = 1391 x (0.661 – 0.312)Qeff = 485.459 kVAR

Menentukan frekuensi tuning filterMenurut IEEE 1531-2003 filter harmonisa frekuensi tunggal, pemilihan frekuensinya ditentukan 3%-15% dibawah frekuensi yang ditentukan. Jadi frekuensi tuning filter adalah 3% dari 250 hz (frekuensi harmonisa ke-5) hasilnya (f5) = 243 hz, dan nilai penalaannya (h) adalah 4.86

Menentukan reaktansi efektif filter (Rumus. 2.7):

effeff Q

VX2

)(459.485)(4.0 2

kVARkVX eff

3295.0effX Ω

Menentukan reaktansi kapasitif dan reaktansi induktif pada frekuensi fundamental (Rumus. 2.8):

effC Xh

hX

12

2

)1(

3295.0186.4

86.42

2

)1(

CX

3440.0)1(CX

Tentukan nilai kapasitor (Rumus. 2.14):

CXC

1

2578.93440.05014.32

1

C mF

Reaktansi induktif (Rumus. 2.18):

2)1(

)1( hX

X CL

2)1( 86.43440.0

LX

0145.0)1(LX

Tentukan nilai induktor (Rumus. 2.19):

LXL

5014.320145.0

L

= 0.0461mH

Menentukan arus rms filter Tentukan arus fundamental beban:

AII

AI

IVS

Lfund

Total

49.19017.20079471.0

7.20074003

13913

)1(

Tentukan arus fundamental filter (Rumus. 2.9):

)1()1()1(

3

LCf XX

VI

AI f 7010145.03440.0

3400

)1(

AI 49.120070149.19011

%13.63%10049.190149.1200

Arus orde ke-5 pada filter: Tentukan reaktansi induktor pada harmonisa ke-5. (Rumus. 2.20):

Tentukan reaktansi kapasitor pada harmonisa ke-5. (Rumus. 2.16)

)1()( LhL XhX

0725.00145.055 )1()5( LL XX

hX

X ChC )(

0688.05

3440.0)5(CX

Nilai resistansi hubung singkat untuk orde ke-5:

Arus harmonisa beban orde ke-5Pada hasil pengukuran (lihat tabel 3.7) diketahui bahwa arus harmonisa ke-5 sebesar 30.49%, maka total harmonisa beban dapat dicari sesuai dengan perhitungan di bawah ini:

89.0)5()1( hshs RR

TotalhL III

AI L 14.6127.20073049.0

mΩ

Impedansi hubung singkat pada harmonisa orde ke-5:

Arus harmonisa orde ke-5 menuju ke filter:

2)5(

2)5()5( )()( hshshs XRZ

16.25)15.25()89.0( 22)5( hsZ

LCLhs

hsf I

XXZ

ZI

)5()5()5(

)5()5(

AI f 66.53314.6120688.00725.01016.25

1016.253

3

)5(

mΩ

Arus harmonisa orde ke-5 menuju ke sumber:

Perbandingan terhadap arus fundamental

Dengan perhitungan yang sama maka pemasangan filter pada orde ke-5 pada frekuensi tune 4.86 tersebut akan menghasilkan pembagian arus orde 1 sampai orde 31 seperti dalam tabel 4.1.

)5()( fLhs III

AI s 48.7866.53314.612)5(

%127.4%10049.1901

48.78

1

5 II

h IL (A) If(h) Is(h) Is(h) (%)

1 1901.53 701.08 1200.4 63.131

3 78.7032 13.82 64.883 3.4122

5 612.159 527.83 84.327 4.4347

7 120.263 48.122 72.142 3.7939

9 15.6603 5.1336 10.527 0.5536

11 98.379 29.545 68.834 3.6199

13 48.9887 14.035 34.953 1.8382

15 10.8418 3.0191 7.8227 0.4114

17 9.03481 2.4696 6.5652 0.3453

19 25.4982 6.8809 18.617 0.9791

21 5.42089 1.4494 3.9715 0.2089

23 12.448 3.3055 9.1425 0.4808

25 12.448 3.2881 9.1598 0.4817

27 2.20851 0.581 1.6275 0.0856

29 12.2472 3.2112 9.0359 0.4752

31 8.23172 2.1526 6.0791 0.3197

Berdasarkan data dari tabel 4.1.maka perhitungan arus THD adalah sebagai berikut:

= 12.73 %

1

2

2

I

II

k

kn

THD

1

231

29

27

25

23 .....

IIIIII

131.633197.0.....5536.07939.34347.44122.3 22222

131.630366.8

Simulasi Sistem dengan Program ETAP Simulasi dengan menggunakan kapasitor existing 690 kVAR Simulasi tanpa menggunakan kapasitor Simulasi dengan menggunakan kapasitor existing dan filter pasif

(690 kVAR) Simulasi dengan menggunakan filter pasif dan kapasitor hasil

perhitungan (485.459 kVAR) disusun secara resonansi seri Simulasi dengan menggunakan filter pasif dan kapasitor hasil

perhitungan (485.459 kVAR) disusun secara resonansi paralel

Simulasi Dengan Menggunakan Kapasitor Existing 690 kVAR

Dari hasil simulasi (Lampiran 1) terlihat bahwa total arus harmonisa pada bus 3 adalah sebesar 91.39 % dengan faktor daya sebesar 0.978.

Simulasi Tanpa Menggunakan Kapasitor


Simulasi Dengan Menggunakan Kapasitor Existing dan Filter Pasif 690 kVAR

Berdasarkan hasil perhitungan diatas, hasil simulasi (Lampiran 3) terlihat bahwa total arus harmonisa pada bus 3 adalah sebesar 10.65 % dengan faktor daya sebesar 0.98.

Simulasi Dengan Menggunakan Filter Pasif dan Kapasitor Hasil Perhitungan (485.459 kVAR) Disusun Secara Resonansi Seri


Simulasi Dengan Menggunakan Filter Pasif dan Kapasitor Hasil Perhitungan (485.459 kVAR) Disusun Secara Resonansi Paralel


Tabel 4.2. Rekap Hasil Simulasi Sistem di ETAP

KondisiITHD

%

Standar

ITHD

%

VTHD

%

Standar

VTHD

%

Cos φ Ketetapan

Cos φ

PLN

Dengan kapasitor existing

690 kVAR 91.39 20 16.62 5 0.97 > 0.85

Tanpa kapasitor 32.54 20 8.03 5 0.75 > 0.85

Dengan kapasitor existing

dan filter pasif (690 kVAR) 10.65 20 2.88 5 0.98 > 0.85

Dengan filter pasif dan

kapasitor hasil perhitungan

(485.459 kVAR) (resonansi

seri)11.69 20 3.29 5 0.93 > 0.85

Dengan filter pasif dan

kapasitor hasil perhitungan

(485.459 kVAR) (resonansi

paralel)12.39 20 3.31 5 0.93 > 0.85

KESIMPULANDari perhitungan dan hasil simulasi menggunakan ETAP Versi 4.0.0 dapat

disimpulkan bahwa: Filter pasif dapat digunakan untuk meredam harmonisa arus, baik yang

disusun secara resonansi seri maupun resonansi paralel, terlihat dari tingkat penurunan ITHD yang dihasilkan, dimana keduanya masih dalam standar yang ditetapkan.

Dari hasil perhitungan yang dilakukan nilai kapasitor dan induktor yang dibutuhkan untuk meredam harmonisa arus ke-5 adalah sebesar 9.2578 mF dan 0.0461 mH, agar filter dapat bekerja dengan baik sesuai dengan perancangan sistem pada simulasi.

Filter pasif yang disusun secara resonansi seri maupun yang disusun secara resonansi paralel, sama-sama efektif didalam meredam harmonisa arus yang terjadi dalam sistem kelistrikan.

Terima kasih

Menurunkan Tingkat Arus Harmonisa Pada Sistem Tenaga Listrik...

Documents

Transcript of Menurunkan Tingkat Arus Harmonisa Pada Sistem Tenaga Listrik...