MEREDUKSI HARMONISA PADA PERALATAN X-RAY MOBILE 100mA DENGAN MENGGUNAKAN FILTER PASIF (SINGLE TUNED AND DOUBLE TUNED PASSIVE FILTER)
TESIS
OLEH
PARTAONAN HARAHAP 117034016/TE
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
Universitas Sumatera Utara
MEREDUKSI HARMONISA PADA PERALATAN X-RAY MOBILE 100mA DENGAN MENGGUNAKAN FILTER PASIF (SINGLE TUNED AND DOUBLE TUNED PASSIVE FILTER)
TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknik Elektro Pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
OLEH
PARTAONAN HARAHAP 117034016/TE
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Telah diuji pada Tanggal: 11 Februari 2015
PANITIA PENGUJI TESIS : Ketua : Prof. Dr. Ir. Usman Baafai Anggota : 1. Dr. Eng. Ariadi Hazmi 2. Prof. Drs. Tulus, M.Si, Ph.D 3. Dr. Marwan Ramli, M.Si
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Beban listrik yang bersifat tidak linier dapat menimbulkan distorsi bentuk gelombang, baik arus maupun tegangan yang merupakan salah satu parameter dalam menentukan kualitas dari sistem tenaga listrik. Rontagen (Sinar-X) mempunyai karakteristik beban listrik yang tidak linier yang dapat mengakibatkan bentuk gelombang sisi masukan tegangan listrik dan arus menjadi tidak sinussoidal murni akibat adanya interaksi gelombang sinussoidal frekuensi fundamental dengan frekuensi gelombang lain yang dikenal sebagai harmonisa. Sinar-X mempunyai Total Harmonisa Distorsi arus (THDi) sebesar 64,9 % dan Total Harmonisa Tegangan (THDv) 3,4 % dengan daya 340 Watt, perlu direduksi karena tidak sesuai dengan batasan harmonisa standar Internasional Elektrotechnical Commission (IEC) 61000-3-2 Kelas D. Penggunaan Filter Single-Tuned Passive Filter dan Doubel-Tuned Passive Filter serta penggabungan filter Single-Tuned Passive Filter dan Doubel-Tuned Passive Filter pada sinar-X dapat mereduksi harmonisa orde ke-3 sampai orde ke-39 dengan masing-masing Total Harmonisa Distorsi arus (THDi) dan Total Harmonisa Distorsi tegangan (THDv) yaitu : 57,77 % dan 2,79 %, 58,48 % dan 2,75 %, 1,74% dan 2,77%.
Kata-kata kunci : Harmonisa, Sinar-X, Single-Tuned Passive Filter, DoubelTuned Passive Filter dan pengabungan Single-Tuned dan Doubel-Tuned Passive Filter
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
Non-linear electric load can cause distortion in the form of wave, either current or tension which are one of the parameters in determining the quality of electric power system. X-ray has the characteristics of non-linear electric load which can cause the form of side wave of electric tension and current to become not genuine sinusoidal anymore since there is the interaction between fundamental sinusoidal wave frequency with another wave frequency which is known as harmonics. X-ray which has Total Harmonics Distortion current (THDi) of 64.9% and Total Harmonics Distortion voltage (THDv) of 3.4% with 340 Watt power needs to be reduced because it is not in accordance with the definition of harmonic standard of the International Electro-technical Commission (IEC) 61000-3-2Class D. The use of Single-Tuned Passive Filter, Double-Tuned Passive Filter, and the combination of both of them in X-ray can reduce the third order up to the 39th order harmonics with Total Harmonics Distortion current (THDi) and Total Harmonics Distortion voltage (THDv) of 57.77% and 2.79%, 58.48% and 2.75%, 1.74% and 2.77% respectively. Keywords: Harmonics, X-ray, Single-Tune Passive Filter, Double-Tuned Passive Filter, Combination of Single-Tune and Double-Tune Passive Filters
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Allah Subhanahu Wataalla, atas rahmat, hidayah dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan tesis yang berjudul ”Mereduksi Harmonisa Pada PeralatanX-Ray Mobile 100 mA dengan menggunakan Filter Pasif (Single Tuned And Double Tuned Passive Filter)”. Penulisan tesis ini dilakukan untuk memenuhi salah satu syarat kurikulum Program Studi Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, Medan. Pada kesempatan yang berbahagia ini penulis mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai sebagai Ketua Pembimbing dan Bapak Dr. Eng. Ariadi Hazmi sebagai anggota pembimbing, atas segala bimbingan, saran dan nasehat sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Bapak Suherman, Ph.D selaku Ketua dan Drs. Hasdari Helmi, MT selaku Sekretaris Program Studi Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Terima kasih juga kepada Bapak Prof. Drs. Tulus, M.Si, Ph.D dan Bapak Dr. Marwan Ramli selaku Komisi Penguji pada Sidang Tesis, yang banyak memberikan saran dan masukan kepada penulis demi kebaikan tesis ini, serta seluruh Staf Pengajar, staf Administrasi dan rekan-rekan mahasiswa angkatan 2011 Program Studi Magister Teknik Elektro atas bantuan dan kontribusinya dalam penyelesaian tesis
Universitas Sumatera Utara
ini. Terima kasih juga kepada Ayahanda Paruhum Harahap, Ibunda Farida Hanum, ibu mertua Fatmawati, istri tercinta Lili Wahyuni, S.Sos, anak–anak tersayang Syafa Aisyah Putri Harahap, Atiqah Zahrah Harahap dan tidak melupakan sahabat dan saudara di Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara, Medan dan RSU Muhammadiyah Sumatera Utara yang telah memberi banyak dukungan, semangat, bantuan dan pengorbanan waktunya. Semoga Allah Subhanahu Wataalla memberikan kebahagiaan, berkah dan karunia kepada semua pihak yang telah membantu penulis sehingga selesai tesis ini. Harapan penulis kiranya tesis dapat bermanfaat kepada siapa saja yang membaca, semua pengguna atau pemakai alat-alat listrik dan kepada yang berminat dalam meneliti masalah kwalitas daya khususnya kompensasi harmonisa. Terima kasih.
Medan,
Februari 2015 Penulis,
Partaonan Harahap
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Saya yang bertanda tangan dibawah ini, Nama
: Partaonan Harahap
Tempat/Tanggal lahir : Medan/ 11 Juli 1982 Jenis Kelamin
: Laki – laki
Agama
: Islam
Bangsa
: Indonesia
Alamat
: Jl. M. Saman Dusun XII Perumahan Berjaya Indah Khalipah No. B 11 Tembung- Deli Serdang
Menerangkan dengan sesungguhnya, bahwa:
PENDIDIKAN
1. Tamatan SD Negeri No.106814 Percut Sei Tuan Tahun 1994 2. Tamatan SMP Swasta Prayatna Medan 1997 3. Tamatan SMK Swasta Teladan Medan Tahun 2000 4. Tamatan S1 Teknik Elektro UMSU Medan Tahun 2005
Universitas Sumatera Utara
PEKERJAAN 1. Kepala Bagian SDM RSU Muhammadiyah Sumatera Utara sejak September 2007 sampai sekarang. 2. Staf
Pengajar (Honorer) pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara sejak September 2010 sampai sekarang. 3. Kepala Laboratorium Sistem Telekomunikasi pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara
sejak
September 2011 sampai sekarang. Demikianlah riwayat hidup ini saya buat dengan sebenarnya untuk dapat dipergunakan sebagaimana mestinya.
Medan,
Februari 2015
Tertanda,
Partaonan Harahap
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman ABSTRAK ...........................................................................................................
i
ABSTRACT .........................................................................................................
ii
KATA PENNGANTAR ......................................................................................
iii
DAFTAR RIWAYAT HIDUP ...........................................................................
v
DAFTAR ISI ........................................................................................................
vii
DAFTAR TABEL................................................................................................
vi
DAFTAR GAMBAR ...........................................................................................
vii
BAB 1 PENDAHULUAN .................................................................................
1
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
Latar Belakang ................................................................................. Perumusan Masalah ......................................................................... Tujuan Penelitian ............................................................................. Batasan Masalah .............................................................................. Manfaat Penelitian ...........................................................................
1 7 8 8 9
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................ 10 2.1 Teori Harmonisa .............................................................................. 15 2.2 Sumber Harmonisa........................................................................... 15 2.3 Pengaruh Penggunaan Peralatan Elektronika Daya Terhadap Harmonisa........................................................................................ 16 2.4 Standar Distorsi Harmonisa IEC ...................................................... 18 2.5 X-Ray ........................................................................................... ....21 2.6 Proses Terjadinya Sinar-X ................................................................. 22 2.7 Komponen Utama sinar-X ............................................................... . 24 2.8 Pengaruh Kuat Arus Listrik Sumber Sinar-X .................................. . 27 2.9 Filter Harmonisa .............................................................................. . 29 2.10 Filter Pasif ....................................................................................... . 30
Universitas Sumatera Utara
2.11 Single-tuned passive filter............................................................... . 33 2.12 Double tuned filter .......................................................................... . 36 BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN .......................................................... 3.1 3.2 3.3 3.4
44
Teknis Pengukuran Yang Dilakukan ............................................... Teknik Analisan Data ...................................................................... Data Pengukuran ............................................................................. Klasifikasi Arus Harmonisa Sinar-X berdasarkan Standart IEC 61000-3-2 kelas D ............................................................................ 3.5 Perhitungan Single-Tuned Passive Filter............................. ........... 3.6 Rangkaian Simulasi Sesudah Pemasangan Single-Tuned Passive Filter ................................................................................................ 3.7 Perhitungan Double-Tuned Passive Filter ....................................... 3.8 Rangkaian Simulasi Sesudah Pemasangan Double-Tuned Passive Filter ................................................................................................ 3.9 Penggabungan Rangkaian Simulasi Sesudah Pemasangan SingleTuned Passive Filter dan Double-Tuned Passive Filter ................
44 46 48
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................
70
54 56 59 61 64 67
4.1 Penggunaan Single-Tuned Passive Filter untuk mengurangi Arus Harmonisa
...............................................................................
70
4.1.1 Hasil Penggunaan Single-Tuned Passive Filter untuk mengurangi Arus Harmonisa..................................................
70
4.1.2 Pembahasan Penggunaan Single-Tuned Passive Filter untuk mengurangi Arus Harmonisa..................................................
74
4.2 Penggunaan Double-Tuned Passive Filter untuk mengurangi Arus Harmonisa .............................................................................. 75 4.2.1 Hasil Penggunaan Double -Tuned Passive Filter untuk mengurangi Arus Harmonisa .......................................
75
4.2.2 Pembahasan Penggunaan Double -Tuned Passive Filter untuk mengurangi Arus Harmonisa .......................................
79
4.3 Penggunaan Single-Tuned Passive Filter dan Double-Tuned Passive Filter untuk mengurangi Arus Harmonisa ...................................... 80
Universitas Sumatera Utara
4.3.1 Hasil Penggunaan Single-Tuned Passive Filter dan DoubleTuned Passive Filter untuk mengurangi Arus Harmonisa ..... 80 4.3.2 Pembahasan Penggunaan Single-Tuned Passive Filter dan Double-Tuned Passive Filter untuk mengurangi Arus Harmonisa .............................................................................. 84 BAB 5 PENUTUP .............................................................................................. 5.1 Kesimpulan 5.2 Saran
87
............................................................................... ...............................................................................
87 88
DAFTAR PUSTAKA ..........................................................................................
89
DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................................
93
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
1.1
Data Hasil Pengukuran ..................................................................
3
1.2
Penelitian yang sudah dilakukan ....................................................
5
2.1
Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas A ...........................
18
2.2
Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas B ...........................
19
2.3
Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas C ...........................
20
2.4
Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas D...........................
20
3.1
Impedansi kabel saluran ................................................................
46
3.2
Data pengukuran X-Ray Mobile 100 mA .......................................
49
3.3
Data hasil simulasi sebelum pemasangan filter .............................
54
3.4
Klasifikasi arus harmonisa sebelum pemasangan filter berdasarkan Standar IEC 61000-3-2 Kelas D ....................................................
55
3.5
Hasil simulasi sesudah pemasangan Single-Tuned Passive Filter.
60
3.6
Hasil simulasi sesudah pemasangan Double-Tuned Passive
3.7
Filter ..............................................................................................
66
Hasil simulasi sesudah pemasangan pengabungan Double-Tuned Passive Filter Single-Tuned Passive Filter ...................................
68
4.1
Data hasil simulasi sebelum dan sesudah pemasangan Single-Tuned Passive Filter ................................................................................. 71
4.2
Data hasil simulasi sebelum dan sesudah pemasangan Double-Tuned Passive Filter ................................................................................. 76
4.3
Data hasil simulasi sebelum dan sesudah pemasangan penggabungan Single-Tuned Passive Filter dan Double-Tuned Passive Filter.... 81
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 4.1 4.2 4.3
Judul Halaman Gelombang Sinus Arus Dan Tegangan .......... ............................... 10 Bentuk Delombang Dasar, Harmonisa Dan Gelombang Terdistorsi ....................................................................................................... 11 Sperektum Urutan Orde Harmonisa .............................................. 13 Tabung Sinar-X ............................................................................ 23 Skema Pesawat Sinar-X ................................................................. 24 Kilomator Sinar-X ......................................................................... 26 Pengaruh Kuat Arus Listrik Sumber Sinar-X terhadap Luas puncak sinar-X karakteristik ...................................................................... 28 Model Filter Pasif .......................................................................... 31 Vektor Segitiga Daya Untuk Menentukan Kebutuhan Daya Reaktif 34 Double Tuned Passive Filter .......................................................... 37 Karakteristik Impedansi Double Tuned Passive Filter .................. 38 Pengukuran X-Ray Mobile 100mA dengan Power Quality Analyzer 45 Diagram satu garis pemasangan Single-Tuned Passive Filter ....... 47 Diagram satu garis pemasangan Double-Tuned Passive Filter ..... 48 Diagram satu garis pemasangan penggabungan Single-Tuned Passive Filter dan Double-Tuned Passive Filter ........................................ 48 Rangkaian simulasi menggunakan program MATLAB/Simulink . 51 Data hasil simulasi MATLAB/Simulink sebelum pemasangan filter 51 Grafik Tegangan dan arus sebelum pemasangan filter .................. 52 Spektrum Tegangan dan arus sebelum pemasangan filter ............ 53 Rangkaian simulasi sesudah pemasangan Single-Tuned Passive Filter .............................................................................................. 60 Rangkaian simulasi sesudah pemasangan Double-Tuned Passive Filter .............................................................................................. 66 Rangkaian simulasi sesudah pemasangan penggabungan Single-Tuned Passive Filter dan Double-Tuned Passive Filter ........................... 68 Grafik Tegangan dan arus sesudah pemasangan filter Single-Tuned Passive Filter ................................................................................. 72 Spektrum Tegangan dan arus sesudah pemasangan filter Single-Tuned Passive Filter ................................................................................. 73 Diagram perbandingan arus harmonisa sesudah dan sesudah filter Single-Tuned Passive Filter ........................................................... 74
Universitas Sumatera Utara
4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9
Grafik Tegangan dan arus sesudah pemasangan filter Double-Tuned Passive Filter ................................................................................. 77 Spektrum Tegangan dan arus sesudah pemasangan filter DoubleTuned Passive Filter ...................................................................... 78 Diagram perbandingan arus harmonisa sesudah dan sesudah filter Double-Tuned Passive Filter ......................................................... 79 Grafik Tegangan dan arus sesudah pemasangan penggabungan SingleTuned Passive Filter dan Double-Tuned Passive Filter ................ 82 Spektrum Tegangan dan arus sesudah pemasangan penggabungan Single-Tuned Passive Filter dan Double-Tuned Passive Filter..... 83 Diagram perbandingan arus harmonisa sebelum dan sesudah pemasangan penggabungan Single-Tuned Passive Filter dan DoubleTuned Passive Filter ...................................................................... 85
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Judul
Halaman
1
X-RAY MOBILE 100mA .......... ......................................................
93
2
Tanpak Depan dan Tombol pengatur X-Ray Mobile 100 mA ........
93
3
Spektrum harmonisa THDi ............................................................
94
4
Spektrum harmonisa THDV ...........................................................
94
5
THDi, THDV pada pengukuran X-Ray Mobile 100 mA..................
94
Universitas Sumatera Utara
