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
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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.
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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
Gambar 4.2 Grafik perbandingan (a) daya semu, (b) daya aktif,
(c) daya reaktif, untuk beban induktif murni . . . . . . . . . 35
Gambar 4.3 Grafik perbandingan (a) daya semu, (b) daya aktif,
(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
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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
Gambar 4.8 Grafik perbandingan (a) daya semu, (b) daya aktif,
(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
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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
Tabel 4.2 Persentase perubahan parameter daya untuk setiap tingkat
pembebanan pada beban induktif murni . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Tabel 4.3 Persentase perubahan parameter daya untuk setiap tingkat
pembebanan pada beban resistif-induktif . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Tabel 4.4 Persentase perubahan parameter tegangan dan arus untuk
setiap tingkat pembebanan pada beban resistif murni . . . . . . . . 40
Tabel 4.5 Persentase perubahan parameter tegangan dan arus untuk
setiap tingkat pembebanan pada beban induktif murni . . . . . . 40
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
xiv
Tabel 4.6 Persentase perubahan parameter tegangan dan arus untuk
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
Tabel 4.8 Persentase perubahan parameter distorsi harmonik total
tegangan dan arus untuk setiap tingkat pembebanan
pada beban induktif murni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Tabel 4.9 Persentase perubahan parameter distorsi harmonik total
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
Tabel 4.12 Persentase perubahan parameter distorsi harmonik total
tegangan dan arus UPS pada variasi faktor daya lag . . . . . . . . 48
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
xv
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1 Spesifikasi UPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Lampiran 2 Diagram Skematik UPS Statis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Lampiran 3 Data hasil percobaan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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.
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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..
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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.
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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 :
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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 :
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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
digambarkan sebagai berikut :
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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 :
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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]
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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 :
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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 :
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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.
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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 :
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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).
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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
MCCBINPUT POWER OUTPUT
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.
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
17
LINE FILTER
SURGEABSORBER
RECTIFIER /CHARGER /CHOPPER
INVERTER
STATICSWITCH
ISOLATIONTRANSFORMER
BYPASS
BATTERIES
MCCBINPUT POWER OUTPUT
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
RECTIFIER /CHARGER /CHOPPER
INVERTER
STATICSWITCH
ISOLATIONTRANSFORMER
BYPASS
BATTERIES
MCCBINPUT POWER OUTPUT
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
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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]
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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 :
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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]
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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]
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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 :
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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%
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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
digambarkan sebagai berikut :
Gambar 3.6 Skema pembebanan untuk kondisi bypass
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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
Pengukuran ini dimaksudkan untuk melihat performansi UPS pada beban
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
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
28
3.2.3. Beban Kapasitif Murni
Pengukuran ini dimaksudkan untuk melihat performansi UPS pada beban
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
Pengukuran ini dimaksudkan untuk melihat performansi UPS pada beban
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
Pengukuran ini dimaksudkan untuk melihat performansi UPS pada beban
resistif-kapasitif untuk kondisi bypass. Berikut adalah data hasil pengukuran pada
percobaan :
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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
Pengukuran ini dimaksudkan untuk melihat performansi UPS pada beban
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
Pengukuran ini dimaksudkan untuk melihat performansi UPS pada beban
dengan faktor daya lead untuk kondisi bypass. Berikut adalah data hasil
pengukuran pada percobaan :
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
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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
digambarkan sebagai berikut :
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
Pengukuran ini dimaksudkan untuk melihat performansi UPS pada beban
resistif murni untuk kondisi suplai daya dari baterai. Berikut adalah data hasil
pengukuran pada percobaan :
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
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
31
3.3.2. Beban Induktif Murni
Pengukuran ini dimaksudkan untuk melihat performansi UPS pada beban
induktif murni untuk kondisi suplai daya dari baterai. Berikut adalah data hasil
pengukuran pada percobaan :
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
Pengukuran ini dimaksudkan untuk melihat performansi UPS pada beban
kapasitif murni untuk kondisi suplai daya dari baterai. Berikut adalah data hasil
pengukuran pada percobaan :
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.
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
32
3.3.4. Beban Resistif-Induktif
Pengukuran ini dimaksudkan untuk melihat performansi UPS pada beban
resistif-induktif untuk kondisi suplai daya dari baterai. Berikut adalah data hasil
pengukuran pada percobaan :
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
Pengukuran ini dimaksudkan untuk melihat performansi UPS pada beban
resistif-kapasitif untuk kondisi suplai daya dari baterai. Berikut adalah data hasil
pengukuran pada percobaan :
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.
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
33
3.3.6. Beban Dengan Faktor Daya Lag
Pengukuran ini dimaksudkan untuk melihat performansi UPS pada beban
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
Pengukuran ini dimaksudkan untuk melihat performansi UPS pada beban
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.
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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.
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
37
Tabel 4.2 Persentase perubahan parameter daya untuk setiap tingkat pembebanan pada beban
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
Tabel 4.3 Persentase perubahan parameter daya untuk setiap tingkat pembebanan pada beban
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
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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%.
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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
Tabel 4.5 Persentase perubahan parameter tegangan dan arus untuk setiap tingkat pembebanan
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
Tabel 4.6 Persentase perubahan parameter tegangan dan arus untuk setiap tingkat pembebanan
pada beban resistif-induktif
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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 :
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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
Tabel 4.8 Persentase perubahan parameter distorsi harmonik total tegangan dan arus untuk setiap
tingkat pembebanan pada beban induktif murni
Tingkat Pembebanan [%] THDU [%] THDI [%]
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
Tabel 4.9 Persentase perubahan parameter distorsi harmonik total tegangan dan arus untuk setiap
tingkat pembebanan pada beban resistif-induktif
Tingkat Pembebanan [%] THDU [%] THDI [%]
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
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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
Berdasarkan persamaan 4.1, diperoleh tabel persentase perubahan parameter daya
UPS pada kondisi normal dan kondisi darurat sebagai berikut :
Tabel 4.11 Persentase perubahan parameter tegangan dan arus UPS pada variasi faktor daya lag
Parameter PF = 0,5 PF = 0,6 PF = 0,7 PF = 0,8 PF = 0,9
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%
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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
Berdasarkan persamaan 4.1, diperoleh tabel persentase perubahan parameter daya
UPS pada kondisi normal dan kondisi darurat sebagai berikut :
Tabel 4.12 Persentase perubahan parameter distorsi harmonik total tegangan dan arus UPS pada
variasi faktor daya lag
Parameter PF = 0,5 PF = 0,6 PF = 0,7 PF = 0,8 PF = 0,9
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.
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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
[%]
Persentase Perubahan [%]*
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
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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
[%]
Persentase Perubahan [%]*
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.
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
54
LAMPIRAN 1
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
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)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
56
LAMPIRAN 2
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
57
Diagram Skematik Umum UPS Statis
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
58
LAMPIRAN 3
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
59
1. Beban Resistif mendekati 25% rating/ 150 VA (Kondisi Bypass)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
60
2. Beban Resistif mendekati 50% rating/ 300 VA (Kondisi Bypass)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
61
3. Beban Resistif mendekati 75% rating/ 450 VA (Kondisi Bypass)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
62
4. Beban Resistif mendekati 100% rating/ 600 VA (Kondisi Bypass)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
63
5. Beban Induktif mendekati 25% rating/ 150 VA (Kondisi Bypass)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
64
6. Beban Induktif mendekati 50% rating/ 300 VA (Kondisi Bypass)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
65
7. Beban Induktif mendekati 75% rating/ 450 VA (Kondisi Bypass)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
66
8. Beban Induktif mendekati 100% rating/ 600 VA (Kondisi Bypass)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
67
9. Beban Kapasitif mendekati 25% rating/ 150 VA (Kondisi Bypass)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
68
10. Beban Kapasitif mendekati 50% rating/ 300 VA (Kondisi Bypass)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
69
11. Beban Kapasitif mendekati 75% rating/ 450 VA (Kondisi Bypass)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
70
12. Beban Kapasitif mendekati 100% rating/ 600 VA (Kondisi Bypass)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
71
13. Beban Resistif-Induktif mendekati 25% rating/ 150 VA (Kondisi Bypass)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
72
14. Beban Resistif-Induktif mendekati 50% rating/ 300 VA (Kondisi Bypass)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
73
15. Beban Resistif-Induktif mendekati 75% rating/ 450 VA (Kondisi Bypass)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
74
16. Beban Resistif-Induktif mendekati 100% rating/ 600 VA (Kondisi Bypass)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
75
17. Beban Resistif-Kapasitif mendekati 25% rating/ 150 VA (Kondisi Bypass)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
76
18. Beban Resistif- Kapasitif mendekati 50% rating/ 300 VA (Kondisi Bypass)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
77
19. Beban Resistif- Kapasitif mendekati 75% rating/ 450 VA (Kondisi Bypass)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
78
20. Beban Resistif- Kapasitif mendekati 100% rating/ 600 VA (Kondisi Bypass)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
79
21. PF = 0,5 Lag (Kondisi Bypass)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
80
22. PF = 0,6 Lag (Kondisi Bypass)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
81
23. PF = 0,7 Lag (Kondisi Bypass)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
82
24. PF = 0,8 Lag (Kondisi Bypass)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
83
25. PF = 0,9 Lag (Kondisi Bypass)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
84
26. PF = 0,5 Lead (Kondisi Bypass)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
85
27. PF = 0,6 Lead (Kondisi Bypass)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
86
28. PF = 0,7 Lead (Kondisi Bypass)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
87
29. PF = 0,8 Lead (Kondisi Bypass)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
88
30. PF = 0,9 Lead (Kondisi Bypass)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
89
31. Beban Resistif mendekati 25% rating/ 150 VA (Kondisi Darurat)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
90
32. Beban Resistif mendekati 50% rating/ 300 VA (Kondisi Darurat)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
91
33. Beban Resistif mendekati 75% rating/ 450 VA (Kondisi Darurat)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
92
34. Beban Resistif mendekati 100% rating/ 600 VA (Kondisi Darurat)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
93
35. Beban Induktif mendekati 25% rating/ 150 VA (Kondisi Darurat)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
94
36. Beban Induktif mendekati 50% rating/ 300 VA (Kondisi Darurat)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
95
37. Beban Induktif mendekati 75% rating/ 450 VA (Kondisi Darurat)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
96
38. Beban Induktif mendekati 100% rating/ 600 VA (Kondisi Darurat)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
97
39. Beban Kapasitif mendekati 25% rating/ 150 VA (Kondisi Darurat)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
98
40. Beban Resistif-Induktif mendekati 25% rating/ 150 VA (Kondisi Darurat)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
99
41. Beban Resistif-Induktif mendekati 50% rating/ 300 VA (Kondisi Darurat)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
100
42. Beban Resistif-Induktif mendekati 75% rating/ 450 VA (Kondisi Darurat)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
101
43. Beban Resistif-Kapasitif mendekati 25% rating/ 150 VA (Kondisi Darurat)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
102
44. Beban Resistif-Kapasitif mendekati 50% rating/ 300 VA (Kondisi Darurat)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
103
45. PF = 0,5 Lag (Kondisi Darurat)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
104
46. PF = 0,6 Lag (Kondisi Darurat)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
105
47. PF = 0,7 Lag (Kondisi Darurat)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
106
48. PF = 0,8 Lag (Kondisi Darurat)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
107
49. PF = 0,9 Lag (Kondisi Darurat)
Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008
Top Related