ANALISIS ARUS NETRAL PADA SISTEM TIGA FASA EMPAT KAWAT DENGAN BEBAN SATU FASA NON LINIER
O L E H
NAMA
: FAKHRURRAZI
NIM
: 08 0402 028
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
Universitas Sumatera Utara
ANALISIS ARUS NETRAL PADA SISTEM TIGA FASA EMPAT KAWAT DENGAN BEBAN SATU FASA NON LINIER Oleh : NAMA NIM
: FAKHRURRAZI : 08 0402 028
Tugas akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN Sidang pada tanggal 8 bulan Mei tahun 2013 di depan penguji : 1) Ir. Masykur Sj, MT
: Ketua Penguji
: ………………
2) Julianta Siregar, ST, MT
: Anggota Penguji : ………………
Disetujui oleh: Pembimbing I
Pembimbing II
Ir. Zulkarnaen Pane NIP. 19570720 198303 1 001
Syiska Yana, ST, MT NIP 19830203 201012 2003
Diketahui oleh : Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU
Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si NIP : 1954 0531 1986 01 1002
Universitas Sumatera Utara
ANALISIS ARUS NETRAL PADA SISTEM TIGA FASA EMPAT KAWAT DENGAN BEBAN SATU FASA NON LINIER
Oleh :
NAMA
: FAKHRURRAZI
NIM
: 08 0402 028
Tugas akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
Sidang pada tanggal 8 bulan Mei tahun 2013 di depan penguji 1) Ir. Masykur Sj, MT
: Ketua Penguji
2) Julianta Siregar, ST, MT
: Anggota Penguji
Diketahui oleh : Ketua Departemen Teknik Elektro
Disetujui Oleh : Pembimbing Tugas Akhir
Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si NIP : 1954 0531 1986 01 1002
Ir. Masykur Sj, MT NIP : 1951 1030 1981 03 1 001
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK Arus netral dalam sistem distribusi tenaga listrik dikenal sebagai arus yang mengalir pada kawat netral di sistem distribusi tegangan rendah tiga fasa empat kawat. Arus netral ini akan muncul jika kondisi beban tak seimbang dan karena adanya arus harmonisa akibat dari beban non-linear yang semakin berkembang digunakan saat ini. Tugas akhir ini akan membahas analisis arus netral yang ditimbulkan oleh beban non linier, dalam hal ini lampu hemat energi yang dikondisikan dalam keadaan seimbang dan tidak seimbang. Pada Percobaan saat kondisi beban seimbang besar arus harmonisa ketiga pada penghantar netralnya adalah tiga kali dari arus harmonisa sejenis pada masing-masing penghantar fasanya. Nilai arus netral pada harmonisa pertama dan kelima mendekati nol pada saat kondisi beban seimbang dan meningkat seiring meningkatnya ketidak seimbangan pada beban. Kata Kunci : Arus netral, harmonisa, beban non linier.
i Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR Dengan Nama Allah Yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang. Segala puji syukur penulis haturkan kehadirat Allah SWT, Rabb semesta alam, yang telah memberikan kemampuan dan ketabahan dalam menghadapi segala cobaan, halangan dan rintangan dalam menyelesaikan tugas akhir ini, serta shalawat beriring salam penulis hadiahkan kepada junjungan Nabi besar Muhammad SAW. Tugas akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul tugas akhir ini adalah : ” ANALISIS ARUS NETRAL PADA SISTEM TIGA FASA EMPAT KAWAT DENGAN BEBAN SATU FASA NON LINIER ” Tugas akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu Ayahanda (H.Zainal Muttaqin, SH) dan Ibunda (Dra.Elizawati), serta adik-adik tercinta (Luthfi Affandi, Afifatul Mahfuzah, Amanda Afidatul Mufidah) semua sanak saudara yang selalu memberikan semangat dan mendoakan penulis dalam penyelesaian studi sampai menyelesaikan tugas akhir ini. Selama masa kuliah sampai penyelesaian Tugas akhir ini, penulis juga banyak mendapat dukungan, bimbingan, maupun bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
ii Universitas Sumatera Utara
1. Bapak Ir. Zulkarnaen Pane dan Ibuk Siska Yana, ST, MT , selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak
meluangkan waktu dan
pikirannya untuk memberikan bantuan, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama penyusunan tugas akhir ini. 2. Ibuk Ir.Windalina Syafiar, selaku Dosen Wali penulis yang senantiasa memberikan bimbingan selama perkuliahan. 3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si, selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT.USU serta Bapak Rachmad Fauzi, ST,MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT USU yang banyak memberi motivasi selama penulis menjalani kuliah. 4. Seluruh staf pengajar Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara yang telah mendidik penulis menuju jenjang Sarjana. 5. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara yang telah membantu penulis dalam urusan administrasi. 6. Teman-teman stambuk 2008 yang terbaik dan luar biasa, Harmoko, Syukur, Edi, Aji, Rama, Sofian, Eka Co, Eka Ce, Siska, Dina, Dian, Rumi, Rivki, Teguh, Ikbal, Pindo, Habibi, Parlin, Mukhlis, Uki, Dedi, Syarif, Fahdi, Fahmi, Junaidi, Fredrik dan semua teman-teman 08 lainnya yang tidak bisa disebutkan satu per satu. 7. Semua abang dan kakak senior serta adik junior yang telah mau berbagi pengalaman dan motivasi kepada penulis.
iii Universitas Sumatera Utara
8. Keluarga besar OP 3.6 yang luar biasa, semoga kita semua sukses dengan cara masing-masing, amin. 9. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini belum sempurna karena masih banyak terdapat kekurangan baik dari segi isi maupun susunan bahasanya. Saran dan kritik dari pembaca dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Akhir kata, penulis berharap semoga penulisan tugas akhir ini dapat berguna memberikan ilmu pengetahuan bagi kita semua dan hanya kepada Allah SWT – lah penulis menyerahkan diri.
Medan,
Mei 2013
Penulis
iv Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Abstrak ........ ................................................................................................... i Kata Pengantar ............................................................................................... ii Daftar Isi.......................................................................................................... v Daftar Gambar ............................................................................................. viii Daftar Tabel ................................................................................................... xii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ............................................................................................ 1 1.2 Rumusan Masalah ....................................................................................... 2 1.3 Tujuan dan Manfaat Penulisan..................................................................... 2 1.4 Batasan Masalah.......................................................................................... 2 1.5 Metode Penelitian........................................................................................ 3 1.6 Sistematika Penulisan .................................................................................. 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Umum ......................................................................................................... 6 2.2 Harmonisa ................................................................................................... 8 2.3 Deret Fourier ............................................................................................... 9 2.4 Jenis-Jenis Harmonisa ................................................................................. 12 2.5 Sumber Harmonisa ...................................................................................... 15 2.5.1 Pada Sisi Pembangkit ........................................................................ 15 2.5.2 Pada Sisi Penyaluran ......................................................................... 15 2.5.3 Pada Sisi Beban ................................................................................. 16 2.5.4 Lampu Hemat Energi ......................................................................... 16
v Universitas Sumatera Utara
2.6 Triplen Harmonisa....................................................................................... 18 2.7 Indeks Harmonisa........................................................................................ 19 2.7.1 Individual Harmonic Distortion (IHD) .............................................. 19 2.7.2 Total Harmonic Distortion (THD) ..................................................... 20 2.8 Standar Harmonisa ...................................................................................... 20 2.9 Alat Ukur Harmonisa .................................................................................. 21 2.10 Arus Netral Pada Sistem Tiga Fasa Empat Kawat ...................................... 22 2.11 Ratio RMS dari Penghantar Netral dan Arus Phasa Untuk Sistem Simetris dan Seimbang........................................................................................... 25 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Peralatan Yang Digunakan .......................................................................... 27 3.2 Rangkaian Pengujian ................................................................................... 28 3.3 Prosedur Pengujian ...................................................................................... 29 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Arus penghantar netral pada kondisi beban seimbang .................................. 31 4.2 Arus penghantar netral pada kondisi beban tidak seimbang ......................... 36 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ................................................................................................. 43 5.2 Saran ........................................................................................................... 43 DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 44
vi Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
2.1
Gelombang Sinus Murni Dari Tegangan Dan Arus ................................... 7
2.2
Gelombang Non Sinusoidal Tegangan ...................................................... 7
2.3
Gelombang Fundamental, Harmonisa Kedua dan Harmonisa Ketiga ........ 9
2.4
Gelombang Hasil Penjumlahan Gelombang Fundamental dengan Gelombang Harmonisa Ketiga ................................................................. 9
2.5
Gelombang Periodik ................................................................................ 10
2.6
Fasor Fundamental .................................................................................. 13
2.7
Fasor Harmonisa kelima .......................................................................... 14
2.8
Fasor Harmonisa ketiga ............................................................................ 14
2.9
Blok Diagram Ballast Elektronik ............................................................. 17
2.10
Arus Netral Pada Grounded Why Sistem Akibat Triplen Harmonisa ...... 18
2.11 Power Quality Analizer ........................................................................... 21 2.12 Sistem Pengawatan PQA pada 3 Fasa ...................................................... 21 3.1
Blok Diagram Pengukuran Secara Umum ................................................ 28
3.2
Rangkaian Pengujian ............................................................................... 28
4.1(a) Nilai tegangan, arus dan frekuensi pada kondisi beban seimbang ........... 31 4.1(b) Fasor unbalance pada kondisi beban seimbang ........................................ 32 4.2
Spektrum arus fasa pada kondisi beban seimbang .................................... 32
4.3
Spektrum arus penghantar netral pada kondisi beban seimbang ............... 33
4.4(a) Nilai tegangan, arus dan frekuensi pada Percobaan 1 ............................... 37 4.4 (b) Fasor unbalance pada Percobaan 1 ......................................................... 37 4.5
Spektrum arus fasa pada Percobaan 1 ..................................................... 38
vii Universitas Sumatera Utara
4.6
Spektrum arus penghantar netral pada Percobaan 1 ................................ 38
4.7(a) Nilai tegangan, arus dan frekuensi pada Percobaan 2 .............................. 39 4.7(b) Fasor unbalance pada Percobaan 2 ......................................................... 40 4.8
Spektrum arus fasa pada Percobaan 2 .................................................... 40
4.9
Spektrum arus penghantar netral pada Percobaan 2 ............................... 41
viii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
2.1
Harmonisa Berdasarkan Orde dan Polaritasnya Pada Sistem Tiga Fasa ... 14
2.2
Standar Harmonisa Arus Berdasarkan EEC ............................................ 21
4.1
Arus fasa dan arus penghantar netral pada kondisi beban seimbang ........ 33
4.2
Arus fasa dan arus penghantar netral pada Percobaan 1........................... 39
4.3
Arus fasa dan arus penghantar netral pada Percobaan 2........................... 41
ix Universitas Sumatera Utara
