ANALISIS PENGUJIAN KINERJA UPS STATIS TERHADAP VARIASI BEBAN PADA BEBERAPA TINGKAT PEMBEBANAN SKRIPSI

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


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

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

ii Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008

PENGESAHAN Skripsi dengan judul :


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

iii Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008

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.

iv Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008

Angky Kurniawan NPM 04 03 03 016 Y Departemen Teknik Elektro

Dosen Pembimbing Ir. Amien Rahardjo, MT

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

v Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008

Angky Kurniawan NPM 04 03 03 016 Y Departemen Teknik Elektro

Dosen Pembimbing Ir. Amien Rahardjo, MT

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

vi Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

vii Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008

10

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

viii Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008

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

ix Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008

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

x Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008

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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

xi Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008

43

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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

xii Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008

48

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) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Tabel 3.7

29

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) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tabel 4.1

Persentase perubahan parameter daya untuk setiap tingkat pembebanan pada beban resistif murni . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Tabel 4.2

37

Persentase perubahan parameter tegangan dan arus untuk setiap tingkat pembebanan pada beban resistif murni. . . . . . . .

Tabel 4.5

37

Persentase perubahan parameter daya untuk setiap tingkat pembebanan pada beban resistif-induktif . . . . . . . . . . . . . . . . .

Tabel 4.4

36

Persentase perubahan parameter daya untuk setiap tingkat pembebanan pada beban induktif murni . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Tabel 4.3

33

40

Persentase perubahan parameter tegangan dan arus untuk setiap tingkat pembebanan pada beban induktif murni . . . . . . xiii Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008

40

Tabel 4.6

Persentase perubahan parameter tegangan dan arus untuk setiap tingkat pembebanan pada beban resistif-induktif . . . . . .

Tabel 4.7

41

Persentase perubahan parameter distorsi harmonik total tegangan dan arus untuk setiap tingkat pembebanan pada beban resistif murni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Tabel 4.8

44

Persentase perubahan parameter distorsi harmonik total tegangan dan arus untuk setiap tingkat pembebanan pada beban induktif murni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Tabel 4.9

44

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 . . . . . . . .

xiv Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008

48

DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1 Spesifikasi UPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

54

Lampiran 2 Diagram Skematik UPS Statis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

56

Lampiran 3 Data hasil percobaan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

58

xv Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008

DAFTAR SINGKATAN AC

Alternating Current

DC

Direct Current

PLN

Perusahaan Listrik Negara

PWM

Pulse Width Modulation

THD

Total Harmonic Distortion

UPS

Uninterruptible Power Supply

xvi Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008

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

xvii Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008

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.

1 Analisis pengujian..., Angky Kurniawan, FT UI, 2008

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..


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 langkahlangkah 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.


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 :


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)


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 :


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 :


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 tegangan

tengah untuk memperoleh dua buah

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 :


  R Vo =   (Vs − VDO ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(2.3)  Rt + rD + R  dimana Rt = Resistansi yang berkaitan dengan transformator.

  Vm R Vdc = 2  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(2.4)   Rt + rD + R  π 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]


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 :


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 :


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.


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 :


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).


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.

BYPASS

STATIC SWITCH ISOLATION TRANSFORMER

MCCB INPUT POWER

LINE FILTER

SURGE ABSORBER

RECTIFIER / CHARGER / CHOPPER

INVERTER

OUTPUT POWER

BATTERIES

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


Dalam kondisi normal, UPS bekerja ketika input listrik menyala. Gambar 2.12, menggambarkan aliran daya ketika UPS dalam kondisi normal.

BYPASS


MCCB INPUT POWER

LINE FILTER

SURGE ABSORBER


INVERTER

OUTPUT POWER

BATTERIES 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.


BYPASS


MCCB INPUT POWER

LINE FILTER

SURGE ABSORBER


OUTPUT POWER

INVERTER


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.

BYPASS


MCCB INPUT POWER

LINE FILTER

SURGE ABSORBER


INVERTER

OUTPUT POWER


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. Bateraibaterai 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


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]


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 :


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]


Penguraian gelombang periodik dengan cara tersebut beracuan pada analisis Fourier seperti ditunjukkan pada persamaan berikut : ∞

f (t )e − st dt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.5)

∫

F (s) =

−∞ ∞

f (t ) =

∫ F ( s )e

st

dt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.6)

−∞

Gambar 2.26 Transformasi pulsa [6]

Ao =

An =

Bn =

1 2π

1 2π 1 2π

2π

∫

f ( x) dx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.6)

0

2π

∫

f ( x) Sin (nx) dx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.7)

0 2π

∫

f ( x) Cos (nx) dx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.8)

0

H n = ( An 2 + Bn 2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.9)  Bn  An

θ n = tan −1 

  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.10) 

∞ A  f ( x) = Ao + ∑  n  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.11) 1  Bn 

Hn =

2

π

2π

∫

f ( x) Sin (nx) dx

0

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.12)

n = 1,3,5, 7.....


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 : 1/2 Jumlah kuadrat amplitudo semua harmonik

df =

. 100%

Kuadrat fungsi nonsinusoidal

. . . . . . . . . . (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 n

∑U THD =

n=2

U1

2 n

.100% . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(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


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]


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 :


(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%


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


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

Kondisi Bypass

Rating beban [%]

v [V]

i [A]

P [W]

Q [VAR]

S [VA]

PF

F [Hz]

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

THDU THDI [%] [%]

Resistif

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

Kondisi Bypass

Rating beban [%]

v [V]

i [A]

P [W]

Q [VAR]

S [VA]

PF

F [Hz]

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

THDU THDI [%] [%]

Induktif


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

Kondisi Bypass

Rating beban [%]

v [V]

i [A]

P [W]

Q [VAR]

S [VA]

PF

F [Hz]

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

-4

-551.6

551.6

-0.007

49.9

2.93

14.78

THDU THDI [%] [%]

Kapasitif 2.64

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

Kondisi Bypass Q S PF [VAR] [VA]

Rating beban [%]

v [V]

i [A]

P [W]

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

ResistifInduktif

F THDU THDI [Hz] [%] [%]

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 :


Tabel 3.5 Data hasil pengukuran beban Resistif-Kapasitif (kondisi bypass)

Jenis Beban

ResistifKapasitif

Kondisi Bypass

Rating beban [%]

v [V]

i [A]

P [W]

Q [VAR]

S [VA]

PF

F [Hz]

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

THDU THDI [%] [%]

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

PF Lead

Faktor Daya [Lead] 0.5

v [V] 231.34

i [A] 2.107

P [W] 248.8

Kondisi Bypass Q S PF [VAR] [VA] 418.2 486.6 0.511

0.6

204.99

1.915

228

0.7

225.89

2.105

353.1

0.8

229.17

1.6

303.8

0.9

208.42

1.79

336.7

163.2

319.1

F THDU THDI [Hz] [%] [%] 49.9 2.82 3.49

392.2

0.58

50

2.72

3.49

318

475.2

0.743

49.9

3.08

3.28

205.6

366.8

0.828

49.9

3.08

2.81

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

PF Lag

Rating beban [%] 0.5

v [V] 208.38

i [A] 1.98

P [W] 218

Kondisi Bypass Q S PF [VAR] [VA] -350.8 413 -0.53

F THDU THDI [Hz] [%] [%] 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


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

Kondisi Darurat

Rating beban [%]

v [V]

i [A]

P [W]

Q [VAR]

S [VA]

PF

F [Hz]

THDU THDI [%] [%]

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

Resistif


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 [%] [%]

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

Induktif

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

Kondisi Darurat

Rating beban [%]

v [V]

i [A]

P [W]

Q [VAR]

S [VA]

PF

F [Hz]

THDU THDI [%] [%]

25

229.6

1.43

-1.1

-158.9

158.9

-6.6

81.11

90.54

87.12

50

-

-

-

-

-

-

-

-

-

75

-

-

-

-

-

-

-

-

-

100

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Kapasitif

Untuk beban jenis ini, pada tingkat pembebanan diatas 25%, data yang terukur tidak bisa terbaca secara akurat, karena daya baterai habis sebelum 1 menit.


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

ResistifInduktif

Kondisi Darurat

Rating beban [%]

v [V]

i [A]

P [W]

Q [VAR]

S [VA]

PF

F [Hz]

THDU [%]

THDI [%]

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

ResistifKapasitif

Rating beban [%]

Kondisi Darurat v [V]

i [A]

P [W]

Q [VAR]

S [VA]

PF

F [Hz]

THDU THDI [%] [%]

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.


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

Kondisi Darurat

Rating beban [%]

v [V]

i [A]

P [W]

Q [VAR]

S [VA]

PF

F [Hz]

THDU THDI [%] [%]

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

PF Lead

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

PF Lag

Rating beban [%]

v i [V] [A]

P [W]

Kondisi Darurat Q S F PF [VAR] [VA] [Hz]

THDU [%]

THDI [%]

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.


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 resistifkapasitif 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.


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


(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 :

[% perubahan] =

[ keluarankondisi normal ] − [ keluarankondisi darurat ] x100% [ keluarankondisi normal ]

…(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


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


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%.


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)


(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


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


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)


(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 :


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


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


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 S P Q

PF = 0,5

PF = 0,6

PF = 0,7

PF = 0,8

PF = 0,9

Drop 78.22 Drop 87.30 Drop 75.80

Drop 76.57 Drop 65.83 Drop 84.71

Drop 76.87 Drop 68.99 Drop 103.11

Drop 73.45 Drop 68.33 Drop 92.80

Drop 61.40 Drop 58.54 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


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 V I

PF = 0,5

PF = 0,6

PF = 0,7

PF = 0,8

PF = 0,9

Naik 9.19 Drop 59.18

Naik 13.24 Drop 49.35

Drop 7.99 Drop 46.79

Drop 7.12 Drop 43.13

Drop 11.44 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%


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 THDU THDI

PF = 0,5

PF = 0,6

PF = 0,7

PF = 0,8

PF = 0,9

Naik 3251.77 Naik 2404.87

Naik 3424.26 Naik 2483.95

Naik 2773.05 Naik 2736.28

Naik 2807.79 Naik 3045.20

Naik 2856.79 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.


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 [%] 25 50 75 100

Persentase Perubahan [%]* S [%] Naik 42.34 Drop 7.58 Drop 51.03 Drop 62.86

P [%]

Q [%]

V [%]

I [%]

Naik 13.14 Drop 24.53 Drop 59.20 Drop 68.61

Naik 7868.75 Naik 4900.00 Naik 2198.15 Naik 1658.73



THDU [%] Naik 2904.83 Naik 3168.12 Naik 3163.67 Naik 2851.25

THDI [%] Naik 2901.38 Naik 3153.79 Naik 3164.01 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 [%] 25 50 75 100

Persentase Perubahan [%]* S [%] Drop 74.33 Drop 75.88 Drop 76.00 Drop 77.39

P [%] Naik 18.84 Drop 52.74 Drop 44.83 Drop 61.39

Q [%] Drop 76.52 Drop 76.10 Drop 76.25 Drop 77.51

V [%] Naik 25.66 Naik 16.60 Naik 16.96 Naik 10.79

I [%] Drop 60.14 Drop 62.41 Drop 53.72 Drop 47.76

THDU [%] Naik 3183.5 Naik 3343 Naik 3100 Naik 2800


THDI [%] Naik 2723.21 Naik 2311.24 Naik 2836.96 Naik 2676.81

• 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 [%] 25 50 75

Persentase Perubahan [%]* S [%] Drop 27.34 Drop 39.15 Drop 76.25

P [%] 8.30 22.72 1.54

Q [%] Drop 135.76 Drop 134.15 Drop 84.25

V [%] Drop 2.47 Drop 9.85 Naik 1.72

I [%] Drop 21.13 Drop 30.01 Drop 48.54

THDU [%] Naik 2796.52 Naik 3128.32 Naik 2869.07

THDI [%] Naik 4202.99 Naik 3985.24 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.


6. Pada beban dengan faktor daya lagging Persentase Perubahan [%]* Parameter PF = 0,5 S

Drop 78.22

P

Drop 87.30

Q

Drop 75.80

V

Naik 9.19

I

Drop 59.18

THDU

Naik 3251.77

THDI

Naik 2404.87

PF = 0,6

PF = 0,7

PF = 0,8

PF = 0,9

Drop 76.57 Drop 65.83 Drop 84.71 Naik 13.24 Drop 49.35 Naik 3424.26 Naik 2483.95

Drop 76.87 Drop 68.99 Drop 103.11 Drop 7.99 Drop 46.79 Naik 2773.05 Naik 2736.28



• 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


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


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)


LAMPIRAN 1


Peralihan

Mode Inverter

Mode AC

Spesifikasi UPS Deskripsi

UPS-600 VA

Voltase Input (Volt)

175 -275

Frekuensi Input (Hz)

50 Hz

Voltase Output (Volt)

198 - 240

Daya Output (VA)

600

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

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)


LAMPIRAN 2


Diagram Skematik Umum UPS Statis


LAMPIRAN 3


1. Beban Resistif mendekati 25% rating/ 150 VA (Kondisi Bypass)








5. Beban Induktif mendekati 25% rating/ 150 VA (Kondisi Bypass)








9. Beban Kapasitif mendekati 25% rating/ 150 VA (Kondisi Bypass)








13. Beban Resistif-Induktif mendekati 25% rating/ 150 VA (Kondisi Bypass)








17. Beban Resistif-Kapasitif mendekati 25% rating/ 150 VA (Kondisi Bypass)


18. Beban Resistif- Kapasitif mendekati 50% rating/ 300 VA (Kondisi Bypass)






21. PF = 0,5 Lag (Kondisi Bypass)










26. PF = 0,5 Lead (Kondisi Bypass)










31. Beban Resistif mendekati 25% rating/ 150 VA (Kondisi Darurat)








35. Beban Induktif mendekati 25% rating/ 150 VA (Kondisi Darurat)








39. Beban Kapasitif mendekati 25% rating/ 150 VA (Kondisi Darurat)


40. Beban Resistif-Induktif mendekati 25% rating/ 150 VA (Kondisi Darurat)






43. Beban Resistif-Kapasitif mendekati 25% rating/ 150 VA (Kondisi Darurat)


44. Beban Resistif-Kapasitif mendekati 50% rating/ 300 VA (Kondisi Darurat)


45. PF = 0,5 Lag (Kondisi Darurat)










ANALISIS PENGUJIAN KINERJA UPS STATIS TERHADAP VARIASI BEBAN PADA BEBERAPA TINGKAT PEMBEBANAN SKRIPSI

Recommend Documents