ANALISA DISTORSI HARMONISA PADA PENYULANG ABANG KARANGASEM SETELAH TERPASANGNYA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA (PLTS)

TUGAS AKHIR

ANALISA DISTORSI HARMONISA PADA PENYULANG ABANG KARANGASEM SETELAH TERPASANGNYA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA (PLTS)

Oleh : I Gede Aries Gunawan

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA JIMBARAN – BALI 2015

TUGAS AKHIR

ANALISA DISTORSI HARMONISA PADA PENYULANG ABANG KARANGASEM SETELAH TERPASANGNYA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA (PLTS)

Oleh : I Gede Aries Gunawan NIM. 0804405065

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA JIMBARAN – BALI 2015 i

ANALISA DISTORSI HARMONISA PADA PENYULANG ABANG KARANGASEM SETELAH TERPASANGNYA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA (PLTS)

Tugas Akhir Diajukan Sebagai Prasyarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana S1 (Strata 1) pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana

I Gede Aries Gunawan NIM. 0804405065

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2015 iii

LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS

Tugas Akhir/Skripsi ini adalah hasil karya saya dan semua sumber baik yang dikutip maupun d telah saya nyatakan dengan benar.

Nama

: I Gede Aries Gunawan

NIM

: 0804405065

Tanda Tangan

:

Tanggal

: 15 Juli 2015

iv

UCAPAN TERIMAKASIH

Om Swastiastu, Puja dan puji syukur penulis panjatkan kehadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa/Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan usulan Tugas Akhir dengan judul “ANALISA DISTORSI HARMONISA PADA PENYULANG ABANG KARANGASEM SETELAH TERPASANGNYA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA (PLTS)“ tepat pada waktunya. Penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1.

Bapak Prof. Ir. I Wayan Redana, MA. Sc.Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana.

2.

Bapak Ir. I Nyoman Setiawan, MT selaku ketua jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana.

3.

Bapak Ir. I Nengah Suweden, MT selaku Pembimbing Akademik.

4.

Bapak Ir. I Wayan Rinas, MT selaku Dosen pembimbing I.

5.

Bapak Ir. Wayan Artha Wijaya, M.Erg. MT selaku Dosen pembimbing II.

6.

Serta semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu atas bantuan dan saran yang diberikan sehingga laporan ini bisa selesai tepat pada waktunya. Penulis menyadari masih terdapat kekurangan dalam usulan Tugas

Akhir

ini,

saran-saran

yang

membangun

sangat

diharapkan

untuk

menyempurnakan usulan Tugas Akhir ini. Akhir kata penulis mengharapkan semoga usulan Tugas Akhir ini dapat memberikan kontribusi dalam pengembangan ilmu pengetahuan yang bermanfaat bagi kita semua. Om Santi Santi Santi Om.

Denpasar, 15 Juli 2015

Penulis

v

ABSTRAK Beban non linier adalah beban yang komponen arusnya tidak proporsional terhadap komponen tegangannya, sehingga bentuk gelombang arus maupun tegangan keluarannya tidak sama dengan gelombang masukannya (mengalami distorsi). Meningkatnya pengoperasian beban-beban non linier mengakibatkan terjadinya distorsi harmonisa. Harmonisa merupakan gangguan pada sistem tenaga listrik yang mengakibatkan terbentuknya gelombang dengan frekuensi yang menyimpang dari frekuensi fundamentalnya. Penyulang Abang yang merupakan penyulang yang memiliki 2 suplai tenaga listrik yaitu dari GI Amlapura dan PLTS. PLTS yang sebagian besar menggunakan peralatan yang merupakan beban-beban non linear, seperti inverter yang menggunakan 50 buah. Banyaknya beban non linear yang dioprasikan pada Penyulang Abang Karangasem, maka dispatikan terjadinya distorsi harmonisa pada penyulang tersebut. Pada Tugas Akhir ini akan dibandingkan bagaimana distorsi harmonisa dan rugi-rugi daya sebelum dan sesudah terpasangnya Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) pada penyulang Abang Karangasem, dengan menggunakan software simulink MATLAB. Hasil simulasi yang telah dilakukan pada kondisi sebelum terpasangnya PLTS nilai THDi sebesar 14,81% dan sesudah terpasangnya PLTS nilai THDi meningkat sebesar 21,60%, nilai tersebut menyatakan bahwa kandungan nilai THDi tidak sesuai ketentuan standar IEEE 512 tahun 1992. Sedangkan sebelum terpasangnya PLTS nilai THDv sebesar 0,01% dan sesudah terpasangnya PLTS nilai THDv sebesar 0,01%, nilai tersebut menyatakan bahwa kandungan nilai THDv masih memenuhi ketentuan standar IEEE 512 tahun 1992. Hasil perbandingan rugi-rugi daya yang terjadi sebelum terpasangnya PLTS adalah 0,109272 KW, dan pada kondisi sesudah terpasangnya PLTS dengan beban non linier terdapat rugi-rugi daya sebesar 3,7237KW. Dapat dilihat bahwa rugi-rugi daya terbesar terjadi pada kondisi sesudah terpasangnya PLTS dengan beban non linier. Kata kunci : Beban non linier, Harmonisa, rugi-rugi daya.

vi

ABSTRACT Non-linear load is a load component of the current is not proportional to the voltage component, so that the current waveform and the output voltage is not the same as the input waveform (distorted). Increased operating expenses resulted in a non-linear harmonic distortion. Harmonics is an interruption of the power system which resulted in the formation of a wave with a frequency that deviates from the fundamental frequency. Abang feeder which is a feeder that has a second power supply is from the GI Amlapura and Solar Power Plant (SPP). SPP that mostly use equipment that is non-linear loads, such as the inverter which used 50 pieces. The number of non-linear loads on feeders operated Abang Karangasem, then confirmed harmonic distortion that happened on the feeder. In this final project will compare how the harmonic distortion and power losses before and after the installation of Solar Power Plant (SPP) in the feeder Abang Karangasem, using MATLAB Simulink software. Results of the simulation has been done on the condition prior to installation of solar power THDi value amounted to 14.81% and after the installation of solar power THDi value increased by 21.60%, the value is stated that the content of THDi values are not in accordance with standard IEEE 512 in 1992. Whereas before installation of solar power THDv value of 0.01% and after the installation of solar power THDv value of 0.01%, the value is stated that the content of value THDv still comply with IEEE 512 standards in 1992. the results of comparative power loss that occurs before the installation of solar power is 0.109272 KW, and the conditions after the installation of solar power with nonlinear loads are lose power amounted 3,7237KW. It can be seen that the largest power loss occurs in conditions after the installation of solar power with nonlinear load. Keywords : non- linear Loads , Harmonics , power losses .

vii

DAFTAR ISI

LEMBAR JUDUL ................................................................................. i PRASYARAT GELAR ......................................................................... ii LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS .................................... iii LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................. iv UCAPAN TERIMAKASIH.................................................................. v ABSTRAK ............................................................................................. vi ABSTRACT ........................................................................................... vii DAFTAR ISI .......................................................................................... viii DAFTAR TABEL ................................................................................. xii DAFTAR GAMBAR ............................................................................ xiii DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................... xiv

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ...................................................................................... 1 1.2 Rumusan Masalah ................................................................................. 3 1.3 Tujuan ................................................................................................... 3 1.4 Manfaat ................................................................................................. 3 1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah ................................................... 4 1.6 Sistematika Penulisan ........................................................................... 4 BAB II TINJAUAN PUSATAKA 2.1 Satate of The Art Review ....................................................................... 6 2.2Sistem Distribusi Tenaga Listrik ............................................................ 7 2.2.1 Sistem Distribusi Primer .............................................................. 8 2.2.2 Sistem Distribusi Sekunder .......................................................... 9 2.3 Konfigurasi Sistem Distribusi ............................................................... 9 2.3.1 Sistem Distribusi Radial ................................................................ 9 2.3.2 Sistem Distribusi Lingkar (Loop).................................................. 10 2.3.3 Sistem Distribusi Spindel .............................................................. 11

viii

2.4 Jenis-Jenis Saluran ................................................................................ 12 2.4.1 Saluran Udara ............................................................................. 12 2.4.2 Saluran Bawah Tanah ................................................................. 12 2.5 Pembangkit Listrik Tenaga Surya ......................................................... 13 2.6 Kualitas Daya Listrik ............................................................................ 14 2.6.1 Konsep Kualitas Daya Listrik ..................................................... 15 2.6.2 Jenis-Jenis Permasalahan Kualitas Daya Listrik ......................... 16 2.7 Harmonisa Pada Sistem Tenaga Listrik ................................................ 17 2.7.1 Sumber Harmonisa ...................................................................... 17 2.7.1.1 Penerangan (Ligthing) .................................................... 17 2.7.1.2 Arc furnace ..................................................................... 18 2.7.1.3 Variabel Pengatur Kecepatan ......................................... 18 2.7.2 Permasalahan yang ditimbulkan oleh Harmonisa ....................... 19 2.7.2.1 Permasalahan Harmonisa pada Transformator ............... 20 2.7.2.2 Permasalahan Harmonisa pada Motor ............................ 20 2.7.2.3 Permasalahan Harmonisa pada Kapasitor Bank ............. 20 2.7.2.4 Permasalahan Harmonisa pada Kabel ............................ 20 2.7.3 Beban Linier dan Beban Non Linier ........................................... 21 2.7.3.1 Beban Linier.................................................................... 21 2.7.3.2 Beban Non Linier ........................................................... 21 2.8 Deret Fourir ........................................................................................... 21 2.8.1 Fast Fourier Transform (FFT) ..................................................... 22 2.9 Konsep Daya ......................................................................................... 22 2.9.1 Konsep Faktor Daya.................................................................... 23 2.10 Total Distorsi Harmonisa .................................................................... 25 2.11 IEEE Standard 519-1992..................................................................... 26 2.11.1 Batas Distorsi Tegangan Harmonik Utiliti................................ 26 2.11.2 Batas Distorsi Arus Harmonik Utiliti....................................... 27 2.12 Rugi-Rugi Daya .................................................................................. 28 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ............................................................... 29

ix

3.2 Data ....................................................................................................... 29 3.2.1 Sumber Data ................................................................................ 29 3.2.2 Jenis Data .................................................................................... 29 3.2.3 Teknik Pengumpulan Data .......................................................... 29 3.3 Analisis Data ......................................................................................... 29 3.4 Alur Analisis...........................................................................................32

BAB IV PEMBAHASAN 4.1 Pemodelan Sistem Pada Simulink Matlab ................................................. 33 4.2 Kandungan THD arus dan tegangan hasil pengukuran ............................ 33 4.2.1 Data hasil pengukuran THD arus dan tegangan............................... 34 4.3 Batas Maksimum THDi dan THDv ........................................................... 34 4.3.1 Batas Maksimum THDi .................................................................. 34 4.3.2 Batas Maksimum THDv .................................................................. 37 4.4 Simulasi MATLAB Sistem Distribusi Penyulang Abang sebelum terpasangnya PLTS ................................................................................... 37 4.4.1 Penentuan Parameter Simulasi pada Simulink Matlab .................. 38 4.4.2 Penentuan Resistansi Dan Induktansi Sumber Pada Simulink ..... 38 4.4.3 Penentuan Beban Masing – Masing Fasa ..................................... 40 4.4.4 Penentuan Kapasitas Beban Non Linier Pada Simulasi. .............. 41 4.4.5 Hasil Simulasi THDi dan THDv .................................................. 43 4.5 Simulasi MATLAB Sistem Distribusi Penyulang Abang sesudah terpasangnya PLTS ................................................................................... 44 4.5.1 Penentuan Parameter Simulasi PLTS pada Simulink Matlab ......................................................................................... 45 4.5.2 Hasil Simulasi THDi dan THDv ................................................... 46 4.6 Analisis Rugi-Rugi Daya Untuk Tiap Simulasi ......................................... 47 4.6.1 Rugi – rugi daya pada Simulasi Kondisi sebelum terpasangnya PLTS dengan Beban non Linier .................................................... 48 4.6.2 Rugi – rugi daya pada Simulasi Kondisi sesudah terpasangnya PLTS dengan Beban non Linier .................................................... 48

x

4.7 Perbandingan dengan Standar IEEE 519-1992 terhadap hasil analisa THDi, THDv pada saat sebelum dan sesudah terpasangnya PLTS ..................... 49 4.7.1 Perbandingan nilai THDi ............................................................... 49 4.7.2 Perbandingan nilai THDv .............................................................. 51

BAB V PENUTUP 5.1 Simpulan ................................................................................................... 52 5.2 Saran ........................................................................................................... 53 DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 54 LAMPIRAN

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Perbandingan metode penelitian sebelumnya dengan penelitian ini ................................................................................................ 7 Tabel 2. 2 Batas distorsi arus harmonisa untuk sistem distribusi umum .... 25 Tabel 2. 3 Batas distorsi tegangan............................................................... 26 Tabel 2.4 IEEE standard 519-1992, standar batas distorsi tegangan harmonic maksimum ................................................................................... 26 Tabel 2.5 IEEE Standart 519-1992, standar batas distorsi arus harmonik maksimum................................................................................... 27 Tabel 4.1 Data hasil pengukuran THD arus dan tegangan di Penyulang Abang .......................................................................................................... 34 Tabel 4.2 batas max THDi menurut IEEE 519-1992 di Penyulang Abang 36 Tabel 4.3 Perbandingan THDi hasil Pengukuran dengan IEEE Standar 519-1992. .................................................................................................... 36 Tabel 4.4 Perbandingan THDv hasil pengukuran dengan standar IEEE 519-1992. .................................................................................................... 37 Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Rugi-Rugi Daya Untuk Semua Simulasi....... 49 Tabel 4.6 Perbandingan nilai THDi ............................................................ 50 Tabel 4.7 Perbandingan nilai THDv ........................................................... 51

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Sistem Distribusi Radial ......................................................... 10 Gambar 2.2 Sistem Distribusi Loop ........................................................... 10 Gambar 2.3 Sistem Distribusi Spindel ....................................................... 11 Gambar 2.4 Skema dari Sistem Photovoltaic ............................................ 13 Gambar 2.5 Penurunan Derajat Tegangan pada Jaringan yang di Sebabkan Beban Non Linear ....................................................................................... 17 Gambar 2.6 Grafik Arus dan Spektrum Harmonisa oleh Fluorescent Lighting ....................................................................................................... 18 Gambar 2.7 Grafik Arus dan Spektrum oleh Variabel Pengatur Kecepatan .................................................................................................... 19 Gambar 2.8 Bentuk gelombang arus dan tegangan beban linier ................. 21 Gambar 2.10 Kurva arus dan tegangan pada beban linier .......................... 24 Gambar 3.4 Alur Analisis ........................................................................... 32 Gambar 4.1 Pemodelan Sistem Distribusi Penyulang Abang sebelum terpasangnya PLTS Pada simulink Matlab ................................................. 37 Gambar 4.2 Tampilan Input Data Sumber. ................................................. 40 Gambar 4.3 block parameter pada simulasi ................................................ 42 Gambar 4.4 Sinyal dan Spektrum Hasil Simulasi THDi............................. 43 Gambar 4.5 Sinyal dan Spektrum hasil simulasi THDv ............................. 43 Gambar 4.6 Pemodelan Sistem Distribusi Penyulang Abang sesudsh terpasangnya PLTS Pada simulink Matlab ................................................. 44 Gambar 4.7 Data PLTS Penyulang Abang ................................................ 45 Gambar 4.8 block parameter pada simulasi ................................................ 45 Gambar 4.9 Sinyal dan Spektrum Hasil Simulasi THDi pada Penyulang Abang .......................................................................................................... 46 Gambar 4.10 Sinyal dan Spektrum hasil simulasi THDv pada panel LVMDP ....................................................................................................... 46 Gambar 4.11 Grafik perbandingan nilai THDi ........................................... 50 Gambar 4.12 Grafik perbandingan nilai THDv .......................................... 51

xiii

DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1

One line diagram dan data-data jaringan distribusi Penyulang Abang .....................................................................................................55

Lampiran 2

Data hasil pengukuran THD arus dan tegangan di

Penyulang

Abang Karangasem .....................................................................58

xiv