PROCEEDING SEMINAR TUGAS AKHIR JURUSAN T.ELEKTRO PERIODE SEMESTER GENAP 2011-2012 1-6
1
Desain Sistem Pendeteksian dan Monitoring Harmonisa Arus Secara Online Menggunakan Transformasi S Berbasis LabVIEW Arfian Edy Tama, Ardyono Priyadi, Mauridhi Hery Purnomo Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected],
[email protected],
[email protected]
Abstrak— Saat ini beban industri dan rumah tangga mengalami peningkatan yang begitu pesat pada sistem tenaga listrik di Indonesia. Peningkatan tersebut berupa peningkatan beban-beban non linier yang merupakan sumber harmonisa arus sehingga menyebabkan terjadinya permasalahan serius terhadap kualitas dan keamanan sistem tenaga listrik. Untuk menanganinya dibutuhkan suatu sistem monitoring kualitas daya yang mampu mengintegrasikan kemampuan pengukuran, kontrol, komunikasi, dan supervisi dengan lebih efektif. Sebagai upaya mewujudkan hal tersebut, dirancang suatu sistem untuk mendeteksi dan memantau harmonisa arus secara online real time menggunakan transformasi S berbasis pada software LabVIEW 7.1. Transformasi S digunakan agar sistem mampu bekerja pada kondisi yang dinamis. Prototipe yang dihasilkan berupa harmonic analyzer yang dapat bekerja pada saluran listrik fasa tunggal maupun tiga fasa melalui penambahan dua buah CT yang identik dengan CT-235. Ketika beroperasi pada beban linier maupun non linier, prototipe dapat memantau harmonisa arus secara real time dengan perbaruan data tiap 1 detik dan kesalahan pengukurannya berkisar ±1%. Hasil pengujian menunjukkan bahwa prototipe masih beroperasi dengan baik saat frekuensi beban berubah secara dinamis, tidak seperti harmonic analyzer berbasis transformasi fourier (dengan update analisis tiap 10 cycles pada frek.50 Hz) pada umumnya yang berhenti beroperasi saat kondisi dinamisasi frekuensi terjadi dalam rentang waktu kurang dari 10 cycles (0.2 detik). Kata Kunci— Monitoring harmonisa arus, online harmonic analyzer, analisis stockwell, dinamic harmonic analyzer.
I. PENDAHULUAN
K
APASITAS beban non linier dalam sistem tenaga listrik terutama di Indonesia menjadi suatu hal yang amat penting untuk diperhatikan mengingat beban inilah yang menjadi sumber munculnya arus harmonisa dan secara langsung maupun tidak langsung mempengaruhi kualitas dan kuantitas arus pada sistem. Pada sistem distribusi, aliran arus harmonisa dapat menurunkan kualitas daya (power quality) dan menyebabkan timbulnya beberapa masalah seperti terjadinya overload sistem akibat kenaikan nilai arus RMS, overload konduktor netral, distorsi tegangan serta menurunnya umur pakai dan keandalan peralatan yang digunakan pada sistem tersebut [1]-[3].
Perubahan level daya beban non linier secara dinamis terhadap waktu membuat harmonisa arus yang dihasilkan juga berubah-ubah terhadap waktu (baik level maupun komponen penyusunnya). Selain itu level frekuensi sistem tenaga listrik di Indonesia juga berubah-ubah akibat adanya ketidakseragaman daya antara beban dan pembangkit. Kondisi ini ternyata tidak diimbangi dengan kemampuan analisis yang mencukupi dari harmonic analyzer yang ada saat ini. Harmonic analyzer umumnya menggunakan analisis berbasis Fast Fourier Transform (FFT) yang tidak dapat merespon frequency invariant amplitude sehingga gagal menganalisis sinyal-sinyal non stasioner (frekuensi dan amplitudo berubah-ubah dalam rentang waktu kurang dari 1 detik) [4]-[8]. Wujudnya yang berupa paket mandiri juga membuat harmonic analyzer tersebut tidak dapat dipasang secara permanen untuk melakukan pemantauan real time serta terbatas penggunaannya pada satu produsen yang sama (satu jenis merk) sehingga mahal dan sulit terintegrasi dengan sistem SCADA. Untuk mengatasi kelemahan tersebut, dalam artikel ini akan dijelaskan sebuah desain sistem terintegrasi menggunakan transformasi Stockwell berbasis pada virtual instrument (VI) untuk menjalankan pendeteksian dan pemantauan harmonisa arus secara online real time. Transformasi Stockwell atau yang lebih dikenal dengan nama Transformasi S merupakan metode analisis untuk domain waktu-frekuensi turunan dari FFT yang mampu melakukan analisis multiresolusi terhadap sinyal yang berubah terhadap waktu (time varying signal). Metode ini menggunakan Gaussian window yang lebar dan tingginya bervariasi menyesuaikan frekuensi sistem sehingga dapat menganalisis sinyal yang tidak periodik atau non stasioner [4]. Virtual instrument dari sistem didesain dan diimplementasikan pada National Instrument LabVIEW 7.1 menghasilkan sebuah prototipe untuk mendeteksi, menganalisis, menyimpan dan menyajikan data level arus saluran (r.m.s. dan peak), spektrum arus pada domain
PROCEEDING SEMINAR TUGAS AKHIR JURUSAN T.ELEKTRO PERIODE SEMESTER GENAP 2011-2012 1-6 frekuensi, total current harmonic distortion (THDi), total demand distortion (TDD), komponen-komponen harmonisa arus dan frekuensi sistem. II. URAIAN PENELITIAN Penelitian secara garis besar meliputi tiga tahap yaitu pembuatan modul pendeteksi, pembuatan software analisis dan monitoring serta pengujian prototipe sistem pendeteksian dan monitoring harmonisa arus yang dihasilkan. A. Pembuatan Modul Pendeteksi Arus Agar model matematika pendeteksian dan monitoring yang akan diimplementasikan pada LabVIEW dapat bekerja, sinyal arus dari saluran sistem tenaga listrik (power grid) diturunkan menjadi arus rendah berkisar 0-5 A kemudian diolah menggunakan rangkaian pengkondisi. Pengolahan tersebut dimaksudkan untuk mengkonversikan nilai arus menjadi level tegangan -5 – 5V sehingga dapat diterjemahkan oleh konverter A/D menjadi sinyal digital yang bisa diolah, dianalisis maupun dikomputasi dengan komputer (melalui program LabVIEW) [4], [9]. Oleh karena itu dibuatlah suatu modul pendeteksi yang sesuai dengan konsep tersebut.
2
bagian instrumen pengukuran standar. Bagian utama terdiri dari CT-235, wiring board ADAM 3968, PCI-1710HGU, dan komputer. Sedangkan bagian instrumen pengukuran standar terdiri dari multimeter digital GDM-8145, multimeter digital GDM-394, dan osiloskop digital BK-2542 100MHz. B. Pembuatan Software Analisis dan Monitoring Pembuatan perangkat keras modul pendeteksi dilanjutkan dengan pembuatan software aplikasi menggunakan bahasa pemrograman grafis National Instrument LabVIEW 7.1 yang akan diintegrasikan dengan modul pendeteksi untuk menjalankan proses pengambilan data dari modul pendeteksi, pengkondisian sinyal masukan (dari nilai tegangan kembali ke arus), analisis harmonisa arus, fungsi pengendali alarm pada kondisi-kondisi kritis, serta menampilkan dan menyimpan data secara real-time. Diagram blok dari software analisis dan monitoring harmonisa arus ditampilkan pada gambar 2.
Gambar. 2. Diagram blok software analisis dan monitoring.
Merujuk blok diagram pada gambar 2, program untuk sistem ini dibagi menjadi lima bagian yaitu bagian pembacaan sinyal dari PCI-1710, pengkondisi sinyal, program analisis, bagian display serta penyimpanan data dan bagian pengendali alarm. Tabel 1. Nilai parameter untuk AI Acquire Waveform Terminal
Nilai
Keterangan
1 2 3 4
0 11 94000 sampel 94000 sampel/det
Nomor Device Nomor Kanal Jumlah Sampel Rating Sampling
Gambar. 1. Diagram pengkabelan (wiring diagram) modul pendeteksi.
Pembuatan modul pendeteksi dilakukan melalui perakitan transformator arus CT-235, osiloskop digital BK-2542, multimeter digital GDM-8145 dan GDM-394, wiring board ADAM-3968, konverter A/D PCI-1710HGU, dan personal komputer (PC945GCM-S2L) menjadi satu modul yang digunakan untuk mendeteksi, mengambil sampel dan melakukan akuisisi data gelombang arus dari saluran sistem tenaga listrik. Diagram pengkabelan modul pendeteksi dijabarkan dalam gambar 1. Modul ini dibagi menjadi dua yaitu bagian utama dan
Bagian pembacaan sinyal dari PCI-1710 berfungsi untuk melakukan pembacaan sinyal tegangan yang terdeteksi oleh PCI-1710HGU dalam operasi real time. Karena input yang terhubung pada PCI-1710HGU adalah sinyal tegangan analog, dan program analisis membutuhkan masukan berupa gelombang maka untuk membentuk sub program ini
PROCEEDING SEMINAR TUGAS AKHIR JURUSAN T.ELEKTRO PERIODE SEMESTER GENAP 2011-2012 1-6 digunakan fungsi “AI Acquire Waveform.vi” yang tersedia dalam Advantech DAQ library dengan nilai parameter sesuai tabel 1 [10]-[12]. Untuk merepresentasikan sinyal arus dalam bentuk aslinya (sesuai yang mengalir di saluran) dibuatlah bagian pengkondisi dalam program. Nilai parameter dari sub program pengondisi diatur sesuai spesifikasi current transformator (CT) yang digunakan. Dalam penelitian ini digunakan CT-235 sehingga parameter diatur pada nilai yang dijabarkan pada tabel 2. Tabel 2. Nilai parameter sub program pengkondisi (dengan CT-235) Parameter
Nilai
Keterangan
Rp CT Rasio CT Gain
220 2000 1
Resistor terpasang pada CT Rasio primer-sekunder CT Gain pada konverter A/D
Bagian utama dari software analisis dan monitoring harmonisa arus disusun berdasarkan pola analisis harmonisa yaitu melalui proses windowing, transformasi, pembentukan spektrum kemudian analisis orde dan amplitudo. Proses windowing dijalankan menggunakan windows palette dengan mengaktifkan hanning window yang mampu bekerja pada sinyal transient dan memiliki ketelitian paling baik. Proses selanjutnya adalah analisis terhadap sinyal hasil windowing. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, analisis dilakukan menggunakan transformasi S diskrit sesuai persamaan S ( jT ,
X(
N 1
¦
n ) NT
n ) NT
G (m, n)
1 N
X(
m 0 N 1
¦
e 2S
mn ).G (m, n).e NT (
x(kT )e
i 2Smj N
,n z 0
i 2Snk ) N
(1)
3
frequency array dari harmonisa arus. Seluruh hasil analisis tersebut ditampilkan melalui sebuah front panel yang dibentuk oleh rangkaian numeric-graph display dan disimpan dalam database biner. C. Pengujian Prototipe Untuk mengetahui kualitas kerja dari prototipe sistem pendeteksian dan monitoring harmonisa arus yang telah dibuat, dilakukan pengujian prototipe pada beban satu fasa linier dan non linier. Dalam pengujian dilakukan pengambilan data level arus r.m.s., frekuensi, gelombang arus, level noise dan level TDD (Total Demand Distortion) pada operasi real time, masing-masing dari hasil pendeteksian prototipe dan pengukuran menggunakan alat ukur standar yang dijabarkan pada tabel 3. Tabel 3. Alat ukur standar yang digunakan untuk pengujian prototipe Parameter
Alat ukur standar
Akurasi
Arus r.m.s. Frekuensi Gelombang TDD
Multimeter GDM-8145 Multimeter GDM-394 Osiloskop BK-2542 HIOKI PQA-3196
±0,5% ±0,1% ±3,0% ±1,0%, 10 cycles
Dalam pengujian digunakan dua jenis beban yaitu beban linier berupa resistor 4x275 watt dan beban non linier berupa resistor 4x275 watt ditambah sebuah PC 125 watt. Kedua beban tersebut dihubungkan dengan sumber PLN 220 V fasa tunggal melalui sebuah terminal kuningan (stop kontak) yang sama. Alat ukur standar dirangkai sesuai skematik pada gambar 3.
(2)
k 0 2
m2 / n2
(3)
sehingga
S ( jT ,
n ) NT
N 1
¦
FFT pergeseran _ m x G (m, n) x .e
i 2Smj N
(4)
m 0
j,m,n=0,1,2,...,N-1, X(n/NT) merupakan transformasi fourier diskrit dari sinyal x(t). Sedangkan G(m,n) merupakan Gaussian window [4], [13], [14]. Merujuk ke (4), fungsi transformasi S dapat dibentuk pada LabVIEW dengan jalan memodifikasi “Harmonic Analyzer.vi” dan “Harmonic Distortion Analyzer.vi” melalui penambahan fungsi gaussian window dan parameter pergeseran m. Di luar penambahan kedua fungsi tersebut, seluruh nilai parameter dalam fungsi “Harmonic Analyzer.vi” dan “Harmonic Distortion Analyzer.vi” dipertahankan tetap. Spektrum arus, THDi, frekuensi dasar dan array level komponen dibentuk oleh “Harmonic Distortion Analyzer.vi” sedangkan “Harmonic Analyzer.vi” akan membentuk
Gambar. 3. Skematik rangkaian pengujian.
III. PROTOTIPE YANG DIHASILKAN Prototipe harmonic analyzer yang dihasilkan berupa real time monitoring software yang memiliki beberapa panel yaitu panel pemantauan spektrum arus, panel pemantauan frekuensi sistem, panel pemantauan harmonisa arus, panel pemantauan komponen harmonisa arus, panel pemantauan kondisi device, panel pengaturan satndar dan spesifikasi, panel penyimpanan data dan alarm sistem. Keseluruhan
PROCEEDING SEMINAR TUGAS AKHIR JURUSAN T.ELEKTRO PERIODE SEMESTER GENAP 2011-2012 1-6 proses pada panel-panel tersebut dikendalikan oleh diagram alir yang terintegrasi penuh dengan modul pendeteksi. Gambar 4 menunjukkan salah satu panel yang terdapat pada prototipe hasil perancangan.
Gambar. 4. Panel pemantauan spektrum arus yang terdapat pada prototipe.
IV. HASIL PENGUJIAN DAN ANALISIS Dari pengujian prototipe yang dilakukan secara online real time, didapatkan data level r.m.s. beban, level frekuensi sesaat, bentuk gelombang, dan level TDD dari arus yang mengalir pada kabel. Data-data tersebut dianalisis untuk mengetahui karakteristik dan spesifikasi prototipe. A. Hasil Uji Coba Pengukuran Level Arus R.M.S. Pengukuran level arus dilakukan pada beban linier dengan kapasitas daya 275 watt, 550 watt, 1100 watt dan beban non linier dengan kapasitas daya 400 watt, 675 watt, dan 1225 watt. Pembacaan prototipe dibandingkan dengan pembacaan GDM-8145 untuk mengetahui besarnya kesalahan pendeteksian arus r.m.s. yang dihasilkan prototipe. Tabel 4 dan tabel 5 menunjukkan hasil pengukuran arus r.m.s. untuk masing-masing kapasitas daya beban linier maupun non linier.
4
linier. Kesalahan relatif yang dihasilkan prototipe merupakan akibat dari kesalahan pembacaan arus oleh CT-235. Dengan membandingkan tabel 4 dan tabel 5 dapat diketahui bahwa kesalahan relatif rata-rata pengukuran pada beban non linier lebih besar dibandingkan pengukuran pada beban linier. Hal ini dikarenakan pada penggunaan beban non linier muncul arus harmonisa yang tidak bisa dideteksi dengan akurat oleh GDM-8145. Akibatnya terjadi perbedaan hasil pengukuran arus yang lebih besar. Tampak pula bahwa kesalahan pengukuran level arus oleh prototipe akan menurun seiring kenaikan arus atau daya beban karena pada nilai nominalnya, CT-235 menghasilkan kesalahan pembacaan paling kecil. Hal ini juga akan mempengaruhi tingkat kesalahan pembacaan prototipe. B. Hasil Uji Coba Pengukuran Gelombang Arus Pengukuran gelombang arus dilakukan untuk mengetahui seberapa besar tingkat akurasi prototipe dalam merepresentasikan ulang bentuk gelombang arus yang telah mengalami proses konversi pada konverter A/D. Hal ini menjadi sangat penting mengingat proses analisis harmonisa yang dilakukan prototipe berdasarkan pada bentuk gelombang arus. Perbedaan sedikit saja pada gelombang arus tentunya akan menghasilkan hasil analisis yang berbeda pula. Gambar 5 menunjukkan data hasil pengukuran yang didapat dan telah dibuat grafiknya menggunakan microsoft excel selama rentang waktu satu periode gelombang (20ms,f=50Hz).
Tabel 4. Hasil pengukuran arus r.m.s. untuk beban linier Daya (watt)
Prototipe (A)
GDM-8145 (A)
Kesalahan relatif (%)
275 watt 550 watt 1100 watt
1,20 2,44 4,77
1,21 2,46 4,78
0,83 0,81 0,25
Rata-rata
0,63
Tabel 5. Hasil pengukuran arus r.m.s. untuk beban non-linier Daya (watt)
Prototipe (A)
GDM-8145 (A)
Kesalahan relatif (%)
400 watt 675 watt 1225 watt
1,79 3,02 5,40
1,81 3,05 5,45
1,10 0,98 0,92
Rata-rata
1,00
Nilai rata-rata kesalahan relatif semua kapasitas daya adalah 0,63% untuk beban linier dan 1,00% untuk beban non
Gambar. 5. Gelombang arus hasil pengujian.
Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa prototipe tidak mampu mengembalikan gelombang arus ke bentuk yang mendekati aslinya. Grafik gelombang arus terdeteksi prototipe (berwarna biru) tidak sama dengan gelombang arus terdeteksi BK-2542 yang dijadikan standar (berwarna merah). Hal ini disebabkan karena kapasitas bandwidth yang dimiliki prototipe hanya sebesar 3,2 MHz (sesuai bandwidth PCI1710HGU), jauh dari kapasitas bandwidth BK-2542 sebesar 100 MHz sehingga frekuensi-frekuensi di atas 3,2 MHz tidak
PROCEEDING SEMINAR TUGAS AKHIR JURUSAN T.ELEKTRO PERIODE SEMESTER GENAP 2011-2012 1-6 mampu dideteksi prototipe. Namun karena prototipe ini dirancang untuk mendeteksi harmonisa maksimal orde ke-50 pada frekuensi 50 Hz atau 60 Hz maka kelemahan terkait gelombang arus ini tidak akan mempengaruhi kualitas kerja prototipe. Hal ini didasarkan pada fakta bahwa nilai frekuensi tertinggi yang harus dapat dideteksi prototipe hanya berkisar antara 2500Hz (frekuensi dasar 50 Hz) hingga 3000 Hz (frekuensi dasar 60 Hz). C. Hasil Uji Coba Pengukuran Frekuensi Dalam pengukuran ini data frekuensi diambil dari penunjukan prototipe dan multimeter digital (GDM-394) setiap 5 detik. Data diambil dalam rentang waktu kurang lebih 30 menit dengan beban yang memiliki porsi 1100 watt beban linier dan 125 watt beban non linier. Tabel 6 menunjukkan data hasil pengujian yang didapatkan dalam rentang waktu 25 detik pertama. Tabel 6. Hasil pengukuran frekuensi dan komparasi dengan multimeter GDM-394 Prototipe (Hz)
GDM-394 (Hz)
Kesalahan (A)
Kesalahan relatif (%)
49,906 49,907 49,901 49,886 49,886
49,910 49,910 49,900 49,890 49,890
0,004 0,003 0,001 0,004 0,004
0,008 0,006 0,002 0,008 0,008
Rata-rata
0,006
Dari tabel tersebut dapat diketahui bahwa dalam mendeteksi frekuensi, prototipe memiliki tingkat kesalahan relatif rata-rata sebesar 0,006% terhadap frekuensi meter standar GDM-394 tanpa adanya jeda atau delay pembacaan pada prototipe. Kesalahan tersebut diakibatkan oleh kesalahan interpretasi PCI-1710HGU terhadap bentuk gelombang arus yang terdeteksi sehingga mempengaruhi perhitungan dan menghasilkan penyimpangan nilai frekuensi. D. Hasil Uji Coba Pengukuran Level TDD Pengukuran level TDD dilakukan pada beban linier dengan kapasitas daya 275 watt, 550 watt, 1100 watt dan beban non linier dengan kapasitas daya 400 watt, 675 watt, dan 1225 watt. Pembacaan prototipe dibandingkan dengan pembacaan Power Quality Analyzer (PQA) HIOKI-3196 untuk mengetahui besarnya kesalahan pendeteksian level TDD yang dihasilkan prototipe. Tabel 7 dan tabel 8 menunjukkan hasil pengukuran yang diperoleh. Tabel 7. Hasil pengukuran level TDD (%) untuk beban linier Daya (watt)
Prototipe
HIOKI-3196
Kesalahan relatif (%)
275 watt 550 watt 1100 watt
2,21 2,15 2,16
2,27 2,17 2,17
0,97 0,92 0,83
Rata-rata
0,91
5
Tabel 8. Hasil pengukuran level TDD (%) untuk beban non-linier Daya (watt)
Prototipe
HIOKI-3196
Kesalahan relatif (%)
400 watt 675 watt 1225 watt
44,26 25,57 14,25
44,71 25,82 14,39
0,99 0,99 0,97
Rata-rata
0,98
Nilai rata-rata kesalahan relatif semua kapasitas daya adalah 0,91% untuk beban linier dan 0,98% untuk beban non linier. Kesalahan relatif yang dihasilkan prototipe merupakan akibat dari kesalahan pembacaan arus oleh CT-235, penyimpangan pada proses resampling, dan perbedaan metode analisis TDD yang digunakan (HIOKI-3196 menggunakan transformasi fourier sedangkan prototipe menggunakan transformasi stockwell). Dengan membandingkan tabel 7 dan tabel 8 dapat diketahui bahwa kesalahan relatif rata-rata pengukuran pada beban non linier lebih besar dibandingkan pengukuran pada beban linier. Hal ini dikarenakan pada penggunaan beban non linier muncul arus harmonisa yang berubah-ubah amplitudonya dan tidak bisa dideteksi dengan akurat oleh HIOKI-3196. Akibatnya terjadi perbedaan hasil pengukuran yang lebih besar. Dalam pengujian pada beban dinamis menggunakan sebuah UHVLVWRU \DQJ GLFDWX WHJDQJDQ YROW +] GDUL audio generator Goodwill tipe EAG-321A (frekuensi dapat diubah sesuai kebutuhan melalui knob putar), nilai TDD yang ditunjukkan prototipe sebesar 1,14% sedangkan HIOKI-3196 menunjukkan nilai TDD sebesar 1,15%. Kedua nilai ini dijadikan acuan untuk menentukan besarnya kesalahan prototipe dan PQA HIOKI-3196 dalam mengukur level TDD ketika terjadi perubahan frekuensi sumber. Tabel 9. Hasil pengukuran level TDD (%) pada kondisi frekuensi yang dinamis Rentang perubahan frek.
Prototipe
HIOKI-3196
Tidak ada 1 detik <1 detik
1,14 1,10 1,10
1,15 5,45 Tidak terbaca
Kesalahan relatif (%)* 0 3,22 3,21
0 367 -
*Terhadap kondisi awal (saat tidak terjadi perubahan frekuensi)
Saat frekuensi divariasikan dalam rentang waktu 1 detik, level TDD yang terukur memiliki rata-rata 1,10% untuk prototipe dan 5,45% untuk HIOKI-3196. Penyimpangan level TDD yang begitu besar pada pengukuran menggunakan HIOKI-3196 disebabkan karena analisis transformasi fourier sudah tidak mampu mengimbangi kedinamisan frekuensi gelombang arus sehingga level TDD yang muncul berupa nilai acak yang tidak dapat diprediksi. Selain itu ketika frekuensi divariasikan dalam rentang waktu kurang dari 1 detik (sekitar 0,1 detik atau 5 cycles), HIOKI-3196 mengalami kegagalan operasi dan tidak dapat menampilkan level TDD dari gelombang arus yang dianalisis karena waktu perubahan frekuensi lebih cepat dari kemampuan responnya
PROCEEDING SEMINAR TUGAS AKHIR JURUSAN T.ELEKTRO PERIODE SEMESTER GENAP 2011-2012 1-6 yaitu 10 cycles (sesuai spesifikasi). Data terkait fenomena ini dapat dilihat pada tabel 9. E. Hasil Pengujian Sistem Alarm Sistem alarm difungsikan untuk memberikan evaluasi terkait kondisi distorsi harmonisa arus sesuai standar IEEE 519-1992. Dalam standar ini disebutkan bahwa batas nilai maksimal %TDD terhadap arus beban nominal adalah 5%, sedangkan di atas itu dikategorikan over distortion [15].
pengintegrasian prototipe dengan web server SCADA. Hal ini akan sangat bermanfaat dalam proses pemantauan kondisi sistem tenaga listrik dan dapat menjadi bagian dari Early Warning System untuk peralatan sistem tenaga listrik yang sensitif terhadap keberadaan harmonisa arus. DAFTAR PUSTAKA [1] [2]
Tabel 10. Penunjukan alarm saat prototipe beroperasi
[3]
Jenis beban
Daya beban
TDD terdeteksi
Penunjukan alarm
Linier Non-linier
1100 watt 1225 watt
2,13 % 14,32 %
Distortion Allowed Distortion Over Limit
[4]
[5]
Dari hasil pengujian pada tabel 10 dapat diketahui bahwa alarm prototipe telah bekerja sesuai standar yang digunakan. F. Kualitas Kerja Prototipe Mengacu pada keseluruhan pengujian parameter dan analisis yang telah dilakukan, dalam tabel 11 dijabarkan rangkuman kualitas kerja (tingkat ketelitian) dari prototipe sistem pendeteksian dan monitoring harmonisa arus yang dirancang. Klasifikasi kualitas kerja didasarkan pada standar IEC no.13B-23 [16]. Nilai maksimum yang dijadikan acuan kesalahan relatif merupakan nilai penunjukan alat ukur standar yang digunakan. Nilai kesalahan relatif diambil dari kesalahan relatif tertinggi selama pengujian. Tabel 11. Rangkuman hasil pengujian kualitas kerja prototipe
[6]
[7]
[8]
[9]
[10] [11] [12]
Parameter yang diukur
Kesalahan relatif (%)
Alat ukur standar
Klasifikasi ketelitian*
[13]
Arus r.m.s. Frekuensi TDD (statis) TDD (dinamis)
±1.000% ±0.006% ±1.000% ±5.000%
GDM-8145 GDM-394 HIOKI-3196 HIOKI-3196
Kelas C Kelas A Kelas C Kelas D
[14]
*Kelas A=sangat tinggi, B=tinggi, C=rendah, D=sangat rendah
6
[15] [16]
Scheider Electric Industries SAS, Low Voltage Expert Guides of Harmonic Detection and Filtering, Schneider Electric (2008). J. Arrillaga and N. R. Watson, Power System Harmonics Second Edition. England : John Wiley & Sons Ltd (2003) Ch. 1, 2, 5. N. Tribuana dan Wanhar. (2008, April). Pengaruh Harmonik Pada Transformator Distribusi [Online]. Tersedia: http://www.elektroindonesia.com/elektro/ener25.html Q. Tang, Z. Teng, S. Guo, and Y. Wang, “Design of Power Quality Monitoring System Based on LabVIEW,” in Proc. of IEEE International Conference on Measuring Technology and Mechatronics Automation, Hunan (2009) 292-295. C. I. Chen, and G. W. Chang, “Virtual Instrumentation and Educational Platform for Time-Varying Harmonic and Interharmonic Detection,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 57-10 (2010, Oct.) 3334-3342. Krisnawati. (2006, Desember). Transformasi Fourier dan Transformasi Wavelet Pada Citra [Online]. Tersedia: http://p3m.amikom.ac.id/p3m/dasi/des06/MakalahKrisnawati.pdf S. G. Radiana (2009, Desember). Discreate Fourier Transform Menjadi Fast Fourier Transform [Online]. Tersedia: http://te.ugm.ac.id/~risanuri/isyaratsystem/paperDFTkeFFT.pdf T. B. Santoso, H. Octavianto, dan T. Dutono (2005, Oktober). Windowing dan Pengamatan Spektrum Frekuensi [Online]. Tersedia: http://lecturer.eepis-its.edu/~tribudi/LN_DSP_Prak/prak_DSP_2.pdf Univ. Mercubuana (2005, Agustus). Konsep Akuisisi Data dan Konversi [Online]. Tersedia: http://journal.mercubuana.ac.id/data/lecKK-012325-81.pdf R. W. Larsen, LabVIEW for Engineers. New Jersey : Prentice Hall (2011) Ch. 5, 8, 9. LabVIEW 7 Express Measurement Manual, National Instrument Corporation, NI (2003). LabVIEW 7 Express User Manual, National Instrument Corporation, NI (2003). M. J. Dehghani, “Comparison of S-Transform and Wavelet Transform in Power Quality Analysis,” World Academy of Science, Engineering and Technology, Vol. 50 (2009) 395-398. R. G. Stockwell, “Why Use The S-Transform?,” Colorado Research Associates Division Publication, (2008). Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems, IEEE Standard 519 (1992). Accuracy of Measurement Equipment, IEC Standard 13B-23.
V. KESIMPULAN
BIOGRAFI PENULIS
Dari keseluruhan proses penelitian yang telah dilaksanakan dapat ditarik kesimpulan bahwa pengaplikasian transformasi Stockwell pada current harmonic analyzer dapat meningkatkan kemampuan sistem atau piranti tersebut sehingga mampu menganalisis keberadaan harmonisa arus dengan baik pada sinyal atau gelombang yang frekuensinya berubah terhadap waktu. Prototipe yang dihasilkan dalam penelitian telah mampu bekerja secara online real time untuk mendeteksi harmonisa arus pada sinyal dinamis dengan kesalahan pengukuran berkisar ±1%. Besarnya distorsi harmonisa arus dan level komponen yang dapat dianalisis mencapai orde 940 pada frekuensi dasar 50Hz. Untuk meningkatkan kemampuan prototipe yang telah dihasilkan, dalam penelitian berikutnya dapat dilakukan proses
Arfian Edy Tama dilahirkan di Nganjuk pada tanggal 24 Maret 1990, anak pertama dari dua bersaudara pasangan Bapak Edy Purwanto dan Ibu Triyani. Pendidikan dasar ditempuh di SD Negeri Wonorejo 274 Surabaya lulus tahun 2002. Kemudian melanjutkan ke SMP Negeri 12 Surabaya lulus tahun 2005. Selanjutnya, sekolah di SMA Negeri 16 Surabaya lulus tahun 2008. Saat ini sedang menyelesaikan studi program sarjana di Jurusan Teknik Elektro ITS pada bidang Teknik Sistem Tenaga. Selain pernah aktif sebagai kepala departemen Pengembangan Sumber Daya Mahasiswa (PSDM) Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro ITS pada tahun 2010-2011 dan asisten laboratorium Instrumentasi Pengukuran dan Identifikasi Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS pada tahun 2010-2012, penulis juga pernah mendapatkan beasiswa untuk menjalani program penelitian dan short course dalam bidang “Electric Power System Operation, Control, and Energy Management” di Lund Tekniska Hogskola-Swedia dari Samsung International pada awal tahun 2012.
