BAB 1
PENDAHULUAN
1.1
Latar belakang masalah Kualitas daya listrik sangat dipengaruhi oleh penggunaan jenis-jenis beban
tertentu seperti beban non linier dan beban induktif. Akibat yang ditimbulkan adalah turunnya efisiensi energi listrik dan rendahnya kualitas daya dari sistem. Ini disebabkan tingginya kandungan harmonisa dan rendahnya faktor daya karena meningkatnya arus reaktif. Harmonisa telah terbukti memiliki dampak kerusakan pada peralatan diantaranya transformator, mesin-mesin berputar, kapasitor bank dan relay-relay proteksi. Peralatan-peralatan ini mengalami rugi-rugi dan pemanasan yang berlebihan [1][2]. Harmonisa merupakan fenomena yang ditimbulkan dari pengoperasian beban listrik non linier, dimana akan terbentuk gelombang yang berfrekuensi dasar 50 Hz yang menyebabkan bentuk gelombang arus dan tegangan yang idealnya adalah sinusoidal menjadi tidak sinusoidal [3]. Semakin banyaknya penggunaan beban non linier diperkirakan harmonisa yang ditimbulkan akan semakin besar dan dapat mengganggu sistem kinerja dari peralatan elektronika lainnya dan juga dapat menyebabkan panas berlebih pada sumber tenaga listrik [4]. Gedung workshop PTKI Medan terletak di jalan Medan Tenggara VII tepatnya di Kampus PTKI Medan. Suplai energi listrik untuk operasional gedung
1 Universitas Sumatera Utara
2
digunakan energi listrik kapasitas 175 A dan menggunakan Suplai dari transformator PLN sebesar 250 KVA. 20 KV
250 KVA
UMUM
PTKI Medan
Main Panel
Panel Gedung Workshop
Mini Plan
Gedung Perkuliahan
PKS mini
Gedung Pabrikasi
Gedung Administrasi
PCC Beban
Gambar 1.1. Diagram satu garis instalasi daya listrik
Pada Gambar 1.1 terlihat bahwa transformator tidak sepenuhnya ke gedung PKTI Medan, namun ada juga mensuplai ke tempat umum. Kabel yang digunakan
Universitas Sumatera Utara
3
pada jaringan instalasi dari transformator ke stand meter PTKI Medan sepanjang 7 meter, lalu dari stand meter ke main panel 15 meter serta dari main panel ke panel workshop 15 meter. Beban pada gedung workshop PTKI Medan Dari Gambar 1.1 Beban yang ada pada gedung workshop sesuai pada Tabel 1.1.
Tabel 1.1 Beban pada workshop PKTI Medan No
Nama alat
Unit
Daya (Watt)
1
Mesin shaping
1
3000
2
Mesin milling vertical
1
4400
3
Mesin milling horizontal
1
4000
4
Pross 400x620 Lathe 1
1
745,7
5
Pross 400x620 Lathe 2
1
745,7
6
Mesin bor
2
500
7
Winho high speed precision lathe
1
5625
8
Mesin potong plat besi
1
1100
9
Mesin gerinda duduk
2
1500
10
Mesin penggulung plat
1
750
11
Mesin las
1
4400
12
Mesin gergaji besi
1
400
Dengan data beban tersebut dan hasil pengukuran pada Tabel 1.2 dan Tabel 1.3 permasalahan harmonisa dan rendahnya faktor daya merupakan masalah yang harus diselesaikan. Dimana pada kenyataannya sistem kelistrikan yang ada di gedung
Universitas Sumatera Utara
4
workshop PTKI Medan perlu adanya perbaikan, dengan cara mereduksi harmonisa agar faktor daya dapat meningkat sesuai dengan kebutuhan. Karena meningkatnya penggunaan peralatan beban non linier dan teknologi baru dalam bangunan, arus harmonik yang dihasilkan dalam sistem distribusi menimbulkan masalah baru bagi peralatan listrik lainnya. Masalah ini serius ketika kualitas daya menjadi perhatian utama yang disebabkan beberapa beban non linier bila saat diaktifkan menunjukkan bentuk gelombang terdistorsi oleh tegangan. Daya berkualitas mengacu kepada sejauh mana tegangan dan arus dalam sistem mewakili bentuk gelombang sinusoidal [5]. Hasil pengukuran harmonisa yang telah dilakukan pada PCC beban di gedung workshop PTKI Medan. Diperoleh data hasil pengukuran pada line 3 lebih besar THDi dibanding dengan line 1 dan line 2, terlihat pada Tabel 1.2.
Tabel 1.2 Hasil pengukuran pada PCC
4W VL THDv IL THDi Freq P Q S PF Io
V,I,f – METER L1 L2 L3 212.9 213.9 210.8 1.9 2.2 3.2 23.9 31.2 44.3 35.4 60.2 64.3 50 1.0 0.7 6.7 7.5 6.6 7.8 7.6 6.7 10.3 0.13 0.10 0.65 69.4
Satuan V % A % H kW kVAr kVA A
Universitas Sumatera Utara
5
Pengukuran harmonisa dilakukan pada fasa dari ordo ke-1 sampai dengan ordo ke-49. Hasil pengukuran IHDv dan IHDi dapat dilihat pada Tabel 1.3.
Tabel 1.3 Hasil pengukuran IHDv dan IHDi Ordo harmonisa h1 h3 h5 h7 h9 h11 h13 h15 h17 h19 h21 h23 h25 h27 h29 h31 h33 h35 h37 h39 h41 h43 h45 h47 h49
Individual harmonic tegangan IHDv (%) 100 1.4 2.4 0.0 0.1 0.4 0.2 0.1 0.0 0.1 0.1 0.1 0.0 0.1 0.0 0.2 0.1 0.0 0.0 0.0 0.1 0.0 0.0 0.1 0.1
Individual harmonic arus IHDi (%) 100 48.4 32.3 14.1 6.7 5.3 3.3 0.6 2.6 1.3 1.3 1.3 1.3 2.6 0.6 4.0 2.6 3.3 0.6 1.3 1.3 2.0 2.0 2.0 1.3
Universitas Sumatera Utara
6
Berdasarkan Tabel 1.3 hasil pengukuran terlihat pada IHD v tidak terjadi gangguan yang melebihi batas harmonisa IEEE 519-1992. Namun, pada hasil pengukuran IHDi terjadi gangguan pada ordo ke-3, ke-5, ke-7, ke-9. Arus yang terdapat pada ordo tersebut tidak sesuai dengan standar IEEE 519-1992. Dampak harmonisa dapat dibedakan atas jangka pendek dan jangka panjang. Dalam jangka pendek harmonisa dapat menyebabkan antara lain, menurunnya faktor daya, kesalahan dalam pengukuran listrik yang menggunakan prinsip induksi magnetik, getaran dan suara pada mesin-mesin. Dalam jangka panjang dapat menyebabkan umur dari motor listrik berkurang, melemahnya isolasi dan dielektrik serta dapat menyebabkan biaya tinggi. Berdasarkan beberapa penelitian, salah satu cara yang digunakan untuk meredam harmonisa adalah dengan pemasangan filter pasif single tuned. Untuk mereduksi digunakan filter pasif single tuned. Filter pasif single tuned terdiri dari Resistor (R), Induktor (L) dan Kapasitor (C) yang terhubung secara seri dan dapat meredam harmonisa sekecil mungkin. Perbandingan arus hubung singkat (ISC) dengan arus beban maksimum (IL) adalah Short Circuit Ratio (SCR). Nilai SCR digunakan sebagai penentu batasan standar harmonisa sesuai dengan standar IEEE 519-1992. Filter pasif single tuned adalah salah satu filter untuk mereduksi harmonisa arus dan harmonisa tegangan [1]. Idealnya, energi listrik disalurkan ke beban dalam bentuk gelombang sinusoidal. Dalam kenyataan terjadi perubahan bentuk gelombang karena penggunaan beban listrik terutama beban-beban non linier semakin banyak. Beban non linier
Universitas Sumatera Utara
7
menyebabkan arus yang mengalir pada beban-beban tersebut menjadi tidak sama dengan bentuk gelombang tegangannya yang sinusoidal. Penurunan faktor daya sebenarnya dapat diatasi dengan memasang kapasitor bank yang dipasang paralel dengan sistem untuk mengkompensasi daya induktip akibat pembebanan. Disamping dapat menaikkan tegangan sistem, dapat juga menurunkan arus yang mengalir pada beban.
Berbagai upaya telah dilakukan oleh para peneliti untuk mereduksi harmonisa menggunakan filter pasif single tuned. Penelitian tentang reduksi harmonisa yang sudah dilakukan dengan menggunakan filter pasif dapat dilihat pada Tabel 1.4.
Tabel 1.4 Penelitian filter pasif single tuned harmonisa Nama I Nengah Swedan, I Wayan Rinas, 2009 [6]
Judul penelitian
Metode
Analisa Filter Penanggulangan THD Pasif dengan Filter Pasif Pada Sistem Kelistrikan Di RSUP Sanglah.
Young Sik Single tuned passive Cho et al, harmonic filter design 2011 [7] considering variances of tuning and quality factor
Filter passive single tuned
Sumit Kanwar et al, 2013 [8]
Filter Passive Single tuned
Power Quality Improvement in Faulty Conditions using Tuned Harmonic Filters
Hasil yang diperoleh THDi mengalami penurunan memenuhi standart IEEE 5191992 hingga nilai terendah 2,36% Dimana penurunan THDi arus mencapai 15,18% Pemasangan Filter pasif single tuned dapat menurunkan THDi 5 berkurang dari 72,6% menjadi 7,9 %, harmonisa ke 7 dari 61,8 % menjadi 11,2%, harmonisa ke 11 dari 20,9% menjadi 4,5%, harmoisa ke 13 dari 13,2% menjadi 2,9% Pemasangan filter untuk jaringan tiga phasa, dapat menurunkan THDi 6,40% menjadi 1,46%
Universitas Sumatera Utara
8
Tabel 1.4 (Sambungan) Nama
Judul penelitian
G.Suresh
Metode
A Novel approach in Filter
Babu et al, the design of optimal Single 2009 [9]
Hasil yang diperoleh Menurunkan harmonisa arus Ke-5 dari 47,26% menjadi 16,17%
tuning frequency of a tuned single tuned harmonic filter for an alternator with rectifier loads
Zubair
Harmonics Mitigation Filter
filter pasif mengurangi distorsi
Ahmed
of Industrial Power Passive
total harmonik dari sumber 20,77
Memon et System Using Passive Single
menjadi 4,32%. Hasil reduksi
al,
memenuhi
2012 Filters
[10]
1.2
tuned
standar
harmonisa
direkomendasikan IEEE 519
Perumusan masalah Berdasarkan latar belakang masalah yang telah dijelaskan dapat dirumuskan
masalah yang akan diteliti yaitu: 1. Merancang filter pasif single tuned dengan parameter yang tepat, untuk meredam harmonisa yang terjadi pada workshop PTKI Medan. 2. Nilai harmonisa yang timbul akibat penggunaan beban mempengaruhi faktor daya pada workshop PTKI Medan.
Universitas Sumatera Utara
9
1.3
Batasan masalah Untuk mempermudah agar penelitian yang dilakukan tidak terlalu melebar,
maka penelitian ini akan dibatasi: 1. Untuk menganalisa penelitian ini dilakukan hanya pada satu fasa sebab beban dianggap seimbang. 2. Filter harmonisa yang digunakan pada penelitian ini adalah filter pasif single tuned. 3. Pada penelitian ini tidak membahas bagaimana timbulnya harmonisa yang dihasilkan oleh beban non linier pada objek penelitian, tetapi diperoleh dari data hasil pengukuran langsung pada sumber panel. 4. Perancangan filter berupa simulasi menggunakan bantuan tools pada MATLAB/simulink. 5. Pengukuran dilakukan pada saat beban puncak di gedung workshop PTKI Medan.
1.4
Tujuan penelitian 1. Merancangan filter pasif single tuned, dapat meredam harmonisa yang terjadi pada gedung workshop PTKI Medan. Hingga mencapai dibawah standar IEEE 519-1992. 2. Pemasangan filter pasif single tuned dapat memperbaiki kualitas daya pada gedung workshop PTKI Medan dengan meredam harmonisa mencapai dibawah standar IEEE 519-1992.
Universitas Sumatera Utara
10
1.5
Manfaat penelitian Penelitian yang dilakukan pada gedung workshop PTKI Medan diharapkan
dapat memberi manfaat: 1. Menambah pengetahuan dan memperkaya ilmu teknik elektro khususnya di bidang kualitas daya yaitu harmonisa. 2. Menjadi bahan rujukan bagi instansi terkait dalam menentukan besaran nilai filter yang akan digunakan untuk meredam harmonisa yang ditimbulkan karena penggunaan beban non linier. 3. Menjadi bahan referensi untuk penelitian lebih lanjut.
Universitas Sumatera Utara
