JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN VOL. 7 NO. 2 September 2014
ISSN : 2086 – 4981
PENERAPAN APLIKASI ELECTRICAL DISTRIBUTION AND TRANSMISSION SYSTEM ANALYSIS (EDSA) UNTUK ANALISIS HARMONIK PADA SISTEM DISTRIBUSI Novi Gusnita1
ABSTRACT This research aimed to analysis the current and voltage distortion that happened bus caused by nonlinear loads due to harmonics on every distribution bus that are simulated by using EDSA (Electrical Distribution and Transmission System Analysis) was used by mean of EDSA application software specially is harmonic analysis. The configuration of test system was consist of a – 13 Bus Balance Industrial System. Harmonics are parts of power quality problems and it has sinusoidal wave having frequency and the value of which is equal to some integer multiplication of its fundamental frequency. The harmonic distortion from sinusoidal waveform of voltage and current are caused by nonlinear loads, one of non linear loads type is adjustable speed drives (ASD). Harmonics will be a problem when its parameter value exceeds a related standard. Harmonic are sinusoidal voltage or currents having frequencies that are integer multiples of the frequency at which the supply system is designed to operate (termed the fundamental frequency; usually 50 or 60 Hz).IEEE Standard 519-1992 for harmonic control in electric power systems was published. General, then non sinusoidal wave form at voltage and current. Which is present in the distribution line, are cared by non linear load The electrical simulation program showed that by injection harmonic source at bus 9. Resulting is the electrical values at that bus as follows: peak voltage of = 1.395 Volt, THD voltage of = 1.54 %, the fundamental voltage of = 467, RMS voltage of = 467 Volt. Peak current of = 2190.78 Ampere, THD current of = 2.48 %, fundamental current of = 1533.21 Ampere, RMS current of = 1533.21 Ampere. The THD voltage obtained was lower than that IEEE 519-1992 standard which is 5 %, and the THD current obtained is also lower than that of IEEE 519-1992 standard which 8 %. Therefore it does not need to install filter. Keywords : voltage, current, harmonics distortion, EDSA. INTISARI Penelitian ini bertujuan untuk untuk mengetahui distorsi tegangan dan arus yang terjadi pada bus akibat kehadiran beban tak linear. Simulasikan dengan menggunakan software aplikasi EDSA (Electrical Distribution and Transmission System Analysis). Dengan konfigurasi : Sistem Distribusi Setimbang 13 Rel suatu Industri Salah satu permasalahan kualitas daya adalah permasalahan harmonik. Harmonik adalah sebagai salah satu komponen sinusoidal dari satu periode gelombang yang mempunyai frekuensi yang merupakan kelipatan bulat dari 1
Dosen Teknik Elektro Fakultas Sains & Teknologi UIN-SUSKA
138
JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN VOL. 7 NO. 2 September 2014
ISSN : 2086 – 4981
frekuensi fundamentalnya. Distorsi harmonik dari bentuk gelombang sinusoidal tegangan dan arus yang timbul atau muncul pada jaringan selalu dipicu oleh beban-beban taklinear. Jenis beban non linear salah satunya adalah adjustable speed drives (ASD). Harmonik ini sangat mengganggu bahkan merugikan sistem bila melebihi batas standar yang ditetapkan. Oleh karena itu, peraturan Standar IEEE 519-1992 untuk pengendalian harmonik dalam sistem daya listrik telah diterbitkan dipakai sebagai acuan dalam menetapkan batas tegangan dan arus harmonik maksimum yang masuk ke jaringan distribusi. Hasil analisis scan frekuensi harmonik dan dari hasil simulasi program menunjukkan bahwa sumber harmonik yang diinjeksi di bus 9yaitu tegangan puncak = 1.395 Volt, tegangan THD = 1.54 %, tegangan fundamental (1) = 467 Volt, tegangan RMS = 467 (Volt). Arus puncak = 2190.78 Ampere, arus THD = 2.48 %, arus fundamental (1) = 1533.21 Ampere.arus (rms) = 1533.69 Ampere. Untuk nilai THD tidak melebihi batas standa IEEE 519-1992 yaitu 5 % untuk tegangan dan 8 % untuk arus. Nilai THD yang tidak melewati batas standar tersebut maka tidak diperlukan pemasangan filter. Kata Kunci: tegangan, arus, distorsi harmonik, EDSA
139
JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN VOL. 7 NO. 2 September 2014 PENDAHULUAN Persoalan harmonik dan pengaruhnya terhadap suatu sistem distribusi tenaga listrik semakin berkembang menjadi persoalan yang kompleks, sehingga hal ini selalu menjadi pemikiran dan pertimbangan yang panjang bagi para teknisi listrik untuk mengatasinya (Hadi Miftahul, 1997). Studi harmonik sudah dikenal sejak tahun 1920-an, pada tahun ini untuk pertama kali distorsi bentuk gelombang tegangan dan arus dipelajari pada jala transmisi.Kemajuan di bidang ilmu dan teknologi Elektronika Daya (power electronics) satu dasawarsa terakhir ini sedang hangathangatnya untuk diteliti(Hadi Miftahul, 1997). Semenjak kandungan harmonik tersebut semakin besar, timbul beberapa anomali dalam operasi jaringan distribusi energi listrik. Sementara dunia kelistrikan di Indonesia saat ini masih memiliki pemahaman yang sangat terbatas terhadap distorsi harmonik, baik menyangkut asal, akibat, dan penanganannya. Bermodal kekurangpahaman tersebut, dengan mudah seorang praktisi kelistrikan akan menuduh distorsi harmonik sebagai penyebab utama berbagai permasalahan dalam jaringan distribusi energi listrik. Namun bila ditelaah lebih jauh, ada banyak penyebab lain yang mungkin menghasilkan anomali-anomali yang mirip dengan yang yang ditimbulkan harmonik. Dan harus dipahami bahwa masing-masing permasalahan perlu ditangani dengan metode yang spesifik yang sesuai dengan induk permasalahannya untuk menghasilkan pemecahan masalah yang optimal. Permasalahan kualitas daya listrik, salah satu diantaranya yang kerap kali muncul dalam sistem tenaga listrik dalam permasalahan
ISSN : 2086 – 4981
harmonik, harmonik dapat menyebabkan arus terdistorsi dari bentuk sinusoidal murninya, sehingga merugikan banyak peralatan yang bekerja dalam bentuk gelombang sinusoidal, dengan kondisi yang demikian maka timbulnya harmonik akan menyebabkan kurang efektifnya operasi pada sistem kendali, sistem elektronika, sistem komputer, relerele proteksi yang beroperasi tidak tepat, peralatan listrik cepat panas sehingga berujung pada kegagalan isolasi, akurasi pengukuran KWHmeter jenis induksi akan berkurang, motor induksi akan mengalami kegagalan pengasutan, dan menimbulkan derau pada sinyal telepon, hal ini disebabkan karena umumnya saluran telepon ditempatkan dibawah saluran transmisi atau dibawah saluran distribusi sehingga apabila tegangan atau arus pada saluran transmisi dan distribusi terdistorsi harmonik, maka akan terjadi interferensi induktif antara kedua saluran tersebut sehingga menimbulkan masalah derau pada sinyal telepon (Sankaran, 1995; Wagner dkk,1993) Distorsi harmonik akan muncul bila suatu beban menghasilkan bentuk geolombang arus yang nonsinusoidal bila diberi sumber tegangan sinusoidal. Distorsi harmonik adalah ukuran dimana suatu bentuk gelombang nonsinusoidal periodis diturunkan dari gelombang sinus murni. Pengaruh adanya komponen harmonik pada sistem tenaga listrik dapat dikelompokkan menjadi tiga yaitu tekanan pada sistem isolasi, pemanasan dan terganggunya unjuk kerja peralatan (Ortmeyer dkk,1985). Harmonik dapat terjadi karena adanya beban-beban non linear, beban-beban non linear penyebab harmonik menurut standart IEEE 519-1992 terdiri dari beban-beban elektronika daya, seperti converter, inverter, rectifier dan sebagainya,
140
JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN VOL. 7 NO. 2 September 2014 kemudian beban-beban yang menimbulkan busur api seperti arc furnance, lampu flouresent serta beban-beban yang menimbulkan saturasi inti ferromagnetik, harmonik yang muncul akan menjadi masalah yang serius bila besarnya melebihi batas standar yang ditentukan standar IEEE 519-1992.
ISSN : 2086 – 4981
2. Gangguan peralihan jenis kedua adalah tegangan lebih di atas 110% nominal atau tegangan rendah di bawah 80% - 85% nominal, berlangsung dalam jangka waktu sekitar 80 millidetik sampai satu detik. Gangguan ini disebut dengan kedip-tegangan (voltage sag, dips, depression, interruption, flicker, atau fluctuation) 3. Gangguan peralihan jenis ketiga adalah tegangan rendah di bawah 80% sampai 85% nominal selama lebih dari dua detik yang dikenal sebagai pemadaman (blackout atau outage). Sedangkan kategori listrik keadaan mantap, yang sifatnya kontinue, adalah variasi tegangan catu, variasi frekuensi, ketidakseimbangan fase dan besamya kandungan harmonik. Arillaga dkk (1985) dan Ribeiro (tanpa tahun) merekomendasikan pemodelan sistem distribusi dan elemennya untuk mempelajari dan menganalisis harmonik dalam suatu sistem tenaga listrik. Gonzalez dan McCall (1987) memberikan teori dasar tentang tapis paralel pasif yang dapat berfungsi ganda yaitu sebagai penapis arus harmonik pada frekuensi tala, sehingga tegangan harmonik berkurang, dan mengkompensasi daya reaktif pada frekuensi fundamental untuk memperbaiki faktor daya beban taklinear. Kawann dan Emanuel (1996) merekomendasikan penggunaan tapis tertala tunggal (single tuned filter) pada tegangan rendah dan menengah. Tapis minimum atau dengan kata lain pertimbangan ekonomisasi ukuran atau harga TPP. TPP lebih ekonomis bila ditempatkan secara terpusat pada titik sambung bersama dibandingkan dengan di dekat beban taklinear. Kimbark (1981) dan Arillaga dkk (1985) menjelaskan tentang bagaimana mendesain tapis paralel
PENDEKATAN PEMECAHAN MASALAH Berdasarkan hal-hal yang telah diuraikan pada latar belakang, maka rumusan masalah untuk penelitian adalah bagaimana: Menerapkan aplikasi EDSA (Electrical Distribution and Transmission System Analysis) untuk analisa Distorsi arus harmonik individu (IHDI), dan distorsi total harmonik arus (THDI) pada setiap cabang (branch), dan bus pada sistem distribusi tenaga listrik, data kasus uji-sistem (test system) IEEE : Sistem Distribusi Setimbang 13-Rel suatu Industri (Abu-hashim dkk, 1999). Metode Penelitian Telaah Kepustakaan Wardhani rnengklasifikasikan kualitas daya listrik yang diterima oleh konsumen ke dalam dua kategori sebagai berikut yaitu kategori listrik dalam keadaan peralihan disebut (transient) dan keadaan mantap (steady state). Kategori dalam keadaan peralihan ditinjau berdasarkan atas lamanya suatu gangguan (duration disturbance) dan dapat digolongkan menjadi tiga jenis. 1. Gangguan peralihan jenis pertama berupa tegangan peralihan yang tajam dan bergetar. Tegangan paku disebut (spike) positif atau negatif 0,5 sampai 200 mikrodetik dengan frekuensi 0,2 kHz sampai 5 kHz atau lebih. Gangguan ini sering disebut dengan surja-hubung (switching-surge, spike, pulse, notch, atau fast transient).
141
JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN VOL. 7 NO. 2 September 2014 pasif (TPP) atau (single tuned filter dan high pass filter), termasuk pemilihan komponen tapis dan cara penalaan TPP dengan mempertimbangkan impedans sistem, koefisien suhu komponen, dan toleransi frekuensi tala. Definisi Harmonik Dalam sistem tenaga, harmonik didefinisikan sebagai satu komponen sinusoidal dari satu perioda gelombang yang mempunyai satu frekuensi yang merupakan kelipatan integer dari gelombang fundamental (Chang dkk, tanpa tahun). Jika frekuensi fundamental suatu sistem tenaga adalah f0, maka frekuensi harmonik orde ke-h adalah hf0. Harmonik biasanya digunakan untuk mendefinisikan distorsi gelombang sinus arus dan tegangan pada amplitude dan frekuensi yang berbeda. Biasanya dalam satu periode gelombang sinus yang terdistorsi oleh harmonik terdiri dari beberapa harmonik , yaitu misalnya harmonik ke-1 , ke-2 , ke-3 dan seterusnya. Harmonik ke-3 artinya harmonik
ISSN : 2086 – 4981
yang mempunyai frekuensi tiga kali dari frekuensi fundamentalnya, jadi bila frekuensi fundamental 50 Hz, maka harmonisa ke3 mempunyai frekuensi 150 Hz, atau dapat dituliskan dengan persamaan fh = n x f, dimana n bilangan bulat positif Harmonik ke-1 disebut sebagai frekuensi dasar atau fundamental , harmonik dengan kelipatan genap dari frekuensi dasar disebut harmonik genap, seperti harmonik ke-2 , ke-4, ke-6 dan seterusnya, sedang harmonik ganjil adalah harmonik yang mempunyai kelipatan ganjil dari frekuensi dasar sistem daya, misalnya harmonik ke-3 , ke-5 , ke-7 dan seterusnya , sementara interharmonik adalah harmonik yang bukan kelipatan integer dari frekuensi dasar , misalnya harmonik ke1,5 , ke-3,5 dan seterusnya. Namun harmonik yang pada umumnya muncul dalam sistem tenaga listrik adalah harmonik ganjil. Gambar 2.1a. dan 2.1b. menunjukkan komponen gelombang sinus fundamental dan komponen harmonik yang terkandung didalamnya.
Gambar 1. Gelombang fundamental dan gelombang harmonik ke-3 berbeda fasa 1800, serta bentuk gelombang fundamental yang terdistorsi oleh harmonik ke -3
Gambar 2. Gelombang fundamental dan gelombang harmonik yang ke-3 berbeda fasa 0°, serta bentuk gelombang fundamental yang terdistorsi oleh harmonik ke-3
142
JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN VOL. 7 NO. 2 September 2014
Deret Fourier dan Analisis Fourier Suatu fungsi periodis dapat didefinisikan sebagai: f{t)=f(t+T)............................. (1) untuk semua t. Konstanta terkecil F yang memenuhi persamaan (2.1) dinamakan periode fungsi f(t). Dengan mengiterasi persamaan diperoleh: f(t) =f(t+ hT) h= 0, ± 1, ± 2,. Jika fungsi f(t) memenuhi syarat Dirichlet, maka fungsi.ini dapat diwakili oleh deret trigonometri tak terhingga:
f (t )
Persamaan diatas memperlihatkan bahwa deret Fourier merupakan ekspresi suatu fungsi periodis sebagai jumlah komponen sinusoidal dengan frekuensi yang berbeda. ao, ah, bh, adalah koefisien trigonometri Fourier, ho . sedangkan ho merupakan sudut harmonik ke-h. Co adalah besaran untuk komponen searah. Komponen dengan h=1 dinamakan komponen dasar dan Ch, adalah faktor harmonik orde ke-h, dan h adalah sudut fasenya. Besarnya komponen dan sudut fasa menentukan bentuk gelombang dari fungsi f(t).
a0 a1 cos( 0 t ) a 2 cos(2 0 t ) a3 cos(3 0 t ) ... 2 Fungsi orthogonal b1 sin( 0 t ) b2 sin(2 0 t ) b3 sin(3 0 t ) . Suatu himpunan fungsi { (t)} h (2)
disebut ortogonal pada suatu interval
……………………………………. atau secara ringkas,
f (t )
ISSN : 2086 – 4981
1 a0 ah cos(h0t ) bh sin(h0t ) 0, i j 2 memenuhi: h 1 i (t ) j (t )dt , i j
........................................……...…. (3) dengan (0= 2 /T (rad/detik). Persamaan (2.3) merupakan deret Fourier trigonometri, yang dapat ditulis sebagai :
……….......................................... (7) Dengan y suatu nilai bukan nol. Dapat diperlihatkan bahwa {1, cos(0t), ..., cos(h0t),..., sin(0t),..., sin(h0t),...} adalah suatu himpunan fungsi sinusoidal yang ortogonal pada interval -T/2
f (t ) c0 ch sin(h0t h ) h 1
(4)
c0
dengan
a0 , 2
ch a h bh dan 2
2
T /2
h tan 1 (ah / bh )
a0
Bila bentuk kompleks Persamaan (2.4) menjadi :
f t
T /2
maka
2 ah f (t ) cos(h 0 t )dt T T/ 2
Ch.e
jhωo t
…..... (5)
…............................ (10)
h
T /2
untuk, h = 1, 2, ....... maka,
bh
T /2
Cn
1 f t e jhot dt T T/ 2
2 f (t )dt ……..… (9) T T/ 2
2 f (t ) sin(h 0 t )dt T T/ 2
……........................................... (11) dengan h = I, 2, 3, ... merupakan orde harmonik.
.… (6)
143
JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN VOL. 7 NO. 2 September 2014 Sifat simetri bentuk gelombang Suatu fungsi f(t) dinamakan fungsi genap jika memenuhi sifat: f(-t) = f(t), untuk setiap t, ………........................................... (12) dan dinamakan fungsi gasal jika. memenuhi sifat: f(-t)= -f(t), untuk setiap t, …................................................. (13) Penjumlahan atau perkalian dua atau lebih fungsi genap menghasilkan fungsi genap, dan jika suatu konstanta ditambahkan padanya, maka sifat genap fungsi itu tidak akan luntur. Penjumlahan dua atau lebih fungsi gasal menghasilkan fungsi gasal, tetapi penambahan suatu konstanta akan menghilangkan sifat gasal dari fungsi tersebut. Perkalian dua fungsi gasal adalah suatu fungsi genap. Suatu fungsi periodis f(t) disebut mempunyai simetri setengah-gelombang jika memenuhi sifat: f(t) = -f(-t+T/2), dengan T adalah perioda..........................................(1 4) Bila jenis simetris suatu bentuk gelombang (waveform) telah ditetapkan, maka kesimpulan berikut ini dapat berlaku. 1. Jika suatu bentuk gelombang memiliki sifat fungsi genap, maka semua suku deret Fouriernya adalah cosinus termasuk satu konstanta, dengan rerata bentuk gelombang bukan nol. 2. Jika suatu bentuk gelombang memiliki sifat fungsi gasal, maka deret Fouriernya hanya mengandung suku sinus. 3. Jika suatu bentuk gelombang memiliki sifat simetri setengahgelombang, maka yang ada dalam deret Fouriernya hanya harmonik gasal. Bentuk gelombang tertentu bisa ganjil atau genap bergantung
ISSN : 2086 – 4981
pada lokasi sumbu vertikal. Fungsi genap simetri terhadap sumbu vertikal dari titik pusat, dan fungsi gasal anti-simetri terhadap sumbu vertikal. Transformasi Fourier Transformasi Fourier atas fungsi f(t) adalah:
F ( )
f (t )e
jt
suatu
dt
(1 ……..
5) dan f(t) disebut invers transformasi Fourier dari F( a>), yang didefinisikan sebagai
f (t )
1 2
F ( )e
jt
d
(1 …
6) Persamaan (13) dan (14) digunakan untuk memetakan suatu fungsi dalam interval yaitu (- , ) pada kawasan waktu atau frekuensi ke dalam satu fungsi kontinu dalam kawasan invers. Suatu fungsi dapat direpresentasikan ke dalam dua model: kawasan waktu f(t), atau kawasan frekuensi F(). Persamaan (14) mentransformasikan fungsi waktu ke dalam satu spektrum frekuensi, dan Persamaan (15) mensintesis spektrum frekuensi untuk mendapatkan kembali fungsi waktu. Kuantitas listrik pada kondisi taksinusoidal Jika harmonik dalam keadaan mantap {steady-state) dipertimbangkan, maka tegangan dan arus sesaat dapat direpresentasikan oleh deret Fourier sebagai:
h 1
h 1
v(t ) vh (t ) 2Vh sin(h0 t h) ……............................................ (17)
h 1
h 1
i(t ) ih (t ) 2 I h sin(h0 t h ) ……............................................ (18)
144
JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN VOL. 7 NO. 2 September 2014 Dengan bagian dc biasanya diabaikan untuk kesederhanaan, Vh dan Ih, adalah nilai rms untuk harmonik orde ke-h pada masingmasing tegangan dan arus. Daya sesaat didefinisikan sebagai: p(t) = v(t) i(t)..................… (19) dan rerata daya dalam satu periode T dari p(t) didefinisikan
Dengan X1 merupakan nilai rms komponen fundamental dari X, Xh merupakan harga effektif dari komponen harmonik pada bentuk gelombang yang terdistorsi. Indeks harmonik Dalam analisis harmonik, beberapa indeks penting berikut digunakan untuk melukiskan pengaruh harmonik pada komponen sistem tenaga dan sistem komunikasi.
T
1 P p(t )dt …........... (20) T 0 Jika Persamaan (17) dan (18) disubstitusi ke Persamaan (19) dan dengan menggunakan relasi orthogonal dalam Persamaan (6), didapat:
h 1
h 1
ISSN : 2086 – 4981
Total Harmonic Distortion (THD) THD tegangan:
P Vh I h cos( h h ) Ph .………….................................... (21) Persamaan (21) memperlihatkan bahwa tiap harmonik memberikan kontribusi pada daya rerata. Namun, daya rerata yang dibangkitkan oleh harmonik biasanya sangat kecil bila dibandingkan dengan nilai dari rerata dasar (fundamental average power).
THDV
THDI
I h2
2 h
100
I1
................................................... (24) yang didefinisikan sebagai perbandingan nilai rms komponen harmonik terhadap komponen dasar dan biasanya dalam persen (%). Indeks ini digunakan untuk mengukur penyimpangan (deviation) dari bentukgelombang satu periode yang mengandung harmonik pada satu gelombang sinus sempurna. Untuk satu gelombang sinus sempurna pada frekuensi dasar, THD adalah nol. Demikian pula, pengukuran distorsi harmonik individual untuk tegangan dan arus pada orde ke-h dideflnisikan sebagai Vh/V1 dan Ih/I1. Total Demand Distortion (TDD)
Σ
X1
100
V1
max h 2
h2
2 h
…………..…….….................… (23) THD Arus
Distorsi Harmonik Dalam sistem tenaga listrik, harmonik didefinisikan sebagai satu komponen sinusoidal dari satu prioda gelombang yang mempunyai frekuensi yang merupakan kelipatan bulat dari gelombang fundamental. Jika frekuensi fundamental suatu sistem tenaga adalah fo, maka frekuensi harmonik orde ke – h adalah hfo. Indeks yang sering digunkan untuk menentukan kandungan harmonik, baik arus dan tegangan, adalah total harmonic distortion (THD), yang dapat dihitung dengan persamaan :
THD
V
TDD
x 100 %
I h2
2 h
IL
................................................... (25) dengan IL, adalah permintaan arus beban maksimum, dalam 15 atau 30
……………….…………….......... (22)
145
JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN VOL. 7 NO. 2 September 2014 menit (15 or 30 (average) maximum demand current) dalam frekuensi dasar pada PCC.
Daya nyata adalah:
S Vrms I rms ……….… (32)
Distorsi Faktor Daya Dengan menggunakan relasi ortogonal pada Persamaan (8), diperoleh nilai rms atas Persamaan (19) dan (20): T
1 2 v (t )dt T 0
Vrms
V h 1
Faktor daya didefinisikan sebagai:
pf tot
I rms
1 2 i (t )dt T 0
I h 1
h
pf tot
(27)
V h2
2 h
Pada kebanyakan kasus, hanya sebagian kecil daya rerata P yang dikontribusikan oleh harmonik dan THDv lebih kecil dari 10%. Jadi, Persamaan (35) dapat ditulis manjadi:
(25)
h2
diubah
Vrms V1 (2.27) 2
2
2 h
dapat
VI I I 1 (THDV / 100) 2 1 (THDI / 100) 2
………........................................ (34)
2
pf tot
Persamaan menjadi:
V
dapat
P
h
....................................... (27) Persamaan menjadi:
P ……………….(33) S
Dengan mensubstitusikan Persamaan (31) dan (32) ke Persamaan (33), diperoleh:
2
………...…………..................... (26) dan T
ISSN : 2086 – 4981
diubah
PI 1 … VI I I 1 (THDI / 100) 2
……….....................................… (35)
V1 (THDv / 100) 2 … 2
cos( I I ) pf dist
…................................... (29)
dengan cos( I I ) 1 merupakan pergeseran faktor daya, dan pfdist adalah distorsi faktor daya. Karena pergeseran faktor daya selalu lebih kecil dari satu, maka pf tot pf dist …….......... (36)
Substitusi persamaan (28) ke (29) akan memberikan:
Vrms V1 1 (THDV / 100) 2 ……………….………....(30) dengan cara yang sama untuk arus, diperoleh
I rms I1 1 (THDI / 100) 2 ……................................ (31)
146
JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN VOL. 7 NO. 2 September 2014
ISSN : 2086 – 4981
Mulai
Baca data sistem
Proses Harmonic Analysis
Konversikan impedans transformator,saluran, beban dan peralatan lain menurut impedans model harmonik
Scan frekensi pada setiap bus pada seluruh sistem
Hitung tegangan dan arus harmonik yang diakibatkan oleh beban tak linear pada setiap bus dan branch
Bandingkan THDv dan THDi dengan standart IEEE 519 - 1992
Apakah diperlukan tapis pasif paralel
Desain TPP Ya
Tidak Stop
Gambar 1. Flowchart
148
JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN VOL. 7 NO. 2 September 2014
ISSN : 2086 – 4981
THDv dan IHDv ditinjau di Bus 9 Tegangan Harmonik pada bus 9 Bus Harmonic Voltages, Bus : BUS 9
Langkah-lankah penyelesaian masalah analisis harmonik yang digambarkan dalam bentuk diagram alir diterapkan pada analisis harmonik pada sistem distribusi dengan hasil dan pembahasan sebagai berikut :
#
hth Volts Vh/V(1)% # hth Volts Vh/V(1)% --- ----- ---------- ------- ---- ----- --------- ------1 1 467.1 100.00 2 5 1.9 0.41 3 7 1.1 0.23 4 11 0.5 0.10 5 13 0.3 0.07
HASIL DAN PEMBAHASAN Peninjauan harmonik pada sistem tenaga listrik di sistem data kasus uji-sistem (test system) IEEE : Sistem Distribusi Setimbang 13-Rel suatu Industri (Abu-hashim dkk, 1999) dapat ditinjau disetiap bus dengan menggunakan EDSA.
EDSA Harmonic Analysis 150.0
Magnitude %
100.0 50.0 0.0 -50.0 -100.0 -150.0 0
80
160
240
320
400
480
560
640
720
Angle in Degrees
Gambar 2. Bentuk Gelombang Tegangan Terdistorsi pada Bus 9 EDSA Harmonic Analysis 100.0
Magnitude %
83.3 66.7 50.0 33.3 16.7 0.0 0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
Harmonic
Gambar 3. Magnitude Komponen Tegangan Harmonik pada Bus 9
149
10.0
JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN VOL. 7 NO. 2 September 2014
ISSN : 2086 – 4981
THDv dan IHDv ditinjau di Bus 9 Arus harmonik pada bus 9 Branch Harmonic Currents BUS 9->ASD #
hth Amps Ih/I(1) # hth Amps Ih/I(1) --- ----- --------- ------- --- ----- --------- ------1 1502.894 100.00 2 5 5.397 0.36 7 2.973 0.20 4 11 1.231 0.08 13 0.934 0.06
1 3 5
EDSA Harmonic Analysis 150.0
Magnitude %
100.0 50.0 0.0 -50.0 -100.0 -150.0 0
80
160
240
320
400
480
560
640
720
Angle in Degrees
Gambar 4. Bentuk Gelombang Arus Terdistorsi pada Bus 9 EDSA Harmonic Analysis 100.0
Magnitude %
83.3 66.7 50.0 33.3 16.7 0.0 0.0
4.0
8.0
12.0
16.0
20.0
24.0
28.0
32.0
Harmonic
Gambar 5. Magnitude Komponen Arus Harmonik pada Bus 9
149
36.0
40.0
JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN VOL. 7 NO. 2 September 2014
ISSN : 2086 – 4981
Evaluasi Batas THD dan IHD Sesuai Standard IEEE 519-1992 pada Bus 9 Bus Harmonic Voltages, Bus : BUS 9 #
5
hth Volts Vh/V(1)% --- ----- ---------- ------1 1 467.1 100.00 3 5 8.8 1.89 9 0.0 0.00
# hth Volts Vh/V(1)% ---- ----- ---------- ------2 3 0.0 0.00 4 7 0.6 0.12
# Bus Name
SysVolt V(1) V(rms) V(peak) THD ---- --------------- -------- -------- -------- ------6 BUS 1 69000 68996 69009 95888 2.00% 7 BUS 10 4160 3910 3911 5435 1.96% 8 BUS 11 480 452 452 628 1.95% 9 BUS 12 480 442 442 614 2.00% 10 BUS 13 2400 2208 2208 3068 2.00% 11 BUS 2 69000 68996 69009 95888 2.00% 12 BUS 3 13800 13799 13817 20767 5.15% 13 BUS 4 480 456 456 634 1.94% 14 BUS 5 13800 13799 13817 20748 5.06% 15 BUS 6 13800 13773 13791 20709 5.07% 16 BUS 7 13800 13799 13816 20747 5.06% 17 BUS 8 13800 13799 13817 20748 5.06% 18 BUS 9 480 467 467 649 1.90%
Bus Voltage THD limit Branch Current THD =
=
1.90 %
0.12 %
Limit = 5.00 % Under Limit = 8.00 % Under limit
Pembahasan Bus 9 Pada Bus 9 adalah salah satu bus yang terdapat beban yaitu adjustable speed drives (ASD), nilai THDV THDI tidak melebihi batas standar. Untuk THDV THDI nilainya tidak lebih dari nilai batas standar. Bentuk gelombang tegangan terlihat lebih sinoid dibanding gelombang arus, gelombang tegangan 1.90 % kendatipun gelombang arus tersebut masih dibawah ambang batas yaitu 0.12 % dari batas yaitu 8 %. Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan yang dilakukan dengan : 1. THDV dan THDI ditinjau disetiap bus. 2. Evaluasi Batas THD dan IHD Sesuai Standard IEEE 519-1992 pada setiap bus. 3. Hasil analisis untuk semua bus.
150
Maka diperoleh THD terbesar dengan sumber harmonik yaitu adjustable speed drives (ASD), terjadi di bus 9 sebesar 1.54 %, tegangan fundamental = 467 (Volt), rms = 467 (Volt), tegangan puncak = 1.395 (p.u). Arus puncak = 2190.78 Ampere, arus THD = 2.48 %, arus (rms) = 1533.69 Ampere, arus fundamental (1) = 1533.21 Ampere. Untuk nilai THD tidak melebihi batas dari standar IEEE 519-1992 yaitu 5 % untuk tegangan dan 8 % untuk arus. Nilai THD yang melewati batas standar tersebut maka diperlukan pemasangan filter untuk mengurangi distorsi harmonik dan untuk nilai THD yang tidak melewati batas tersebut maka tidak perlu dilakukan pemasangan filter karena masih
JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN VOL. 7 NO. 2 September 2014 dibawah batas ditetapkan.
yang
telah
308, John Norwich.
ISSN : 2086 – 4981
Wiley
&
Sons,
[3] Gonen T, 1986, “ Electric Power distribution System Engineering ” McGraw-Hill Book Company, pp : 442-448.
KESIMPULAN Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian : 1. Aplikasi EDSA dapat membantu dalam menganalisis gelombang harmonik pada sistem distribusi. 2. Distorsi arus harmonik individu (IHDI) pada setiap cabang (branch) dan bus pada sistem distribusi tenaga listrik data kasus uji-sistem (test system) IEEE : Sistem Distribusi Setimbang 13-Rel suatu Industri (Abu-hashim dkk, 1999) tidak melebihi batas standar dari 8 %. 3. Distorsi tegangan harmonik individu (IHDV) pada setiap cabang (branch) dan bus pada sistem distribusi tenaga listrik data kasus uji-sistem (test system) IEEE : Sistem Distribusi Setimbang 13-Rel suatu Industri (Abu-hashim dkk, 1999) tidak melebihi batas standar 5 %. 4. Bentuk gelombang dan magnitude tegangan dan arus pada setiap cabang dan bus pada kondisi sumber diberi harmonik tegangan serta harmonik arus menunjukkan fungsi sinusoidal. 5. Level distorsi harmonik tidak melebihi standar IEEE 5191992, pada setiap bus dan cabang pada kondisi sumber diberi harmonik tegangan serta harmonik arus.
[4] IEEE Standard 519-1992, “ IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems“
[5] Isnaeni B.S. M, 2000, “Pengurangan arus harmonik netral pada untai 3 fase 4 kawat berbeban lampu fluoresen “Tesis S2 Program Studi Teknik Elektro Pascasarjana UGM . [6] Mayodoromo, Julio G, and Valcarcel, Manuel, Oktober 1993 “Harmonic Power Flow for Unbalanced Systems”, IEEE Transactions on Power Delivery, 8 (4).
[7] Mark Halpin, S, F, Burch Reuben, “Harmonic limit Compílanse Evaluations Using IEEE 519-1992”, Mississipi State University, Starkville, MS, Alabama Power Company, Birmingham, AL. [8] McEachern A, February1 1993 “ How Utilities Can Charge for Harmonics, “ Minutes of the IEEE Working Group on Power System Harmonic, IEEE-PES Winter Meeting, Columbus, Ohio.
DAFTAR PUSTAKA [1] Acha E, Madrigal.M, 2001 “ Power System Harmonic “ John Wiley & Sons, LTD
[9] Nababan. S, 2001, Tapis paralel pasif untuk mengurangi distorsi harmonik beban tak linear, Tesis S2 Program Studi Teknik Elektro Pascasarjana UGM.
[2] Arrilaga, J., Bradley, D.A., Bodger, P.S., 1985, Power System Harmonics, pp. 296-
151
JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN VOL. 7 NO. 2 September 2014 [10] Phipps J.K, .P Nelson J.P, Sen P.K, March / April 1994 “ Power Quality and Harmonic Distortion on Distribution Systems “ in IEEE Trans. On Ind Appl., 30 (2) : 176-184. [11] Ribeiro. F, Paolo, W. Chang, Gary, Xu, Wilson,”Modelling Of Harmonic Source, Power Electronic Converters”, BMX Technologies, Inc, lynchburg, VA 24505-0785, Siement Power T&D, Brooklyn Park, MN, USA, University of Alberta, Edmonton, Alberta, Canada. [12] Roger C. Dugan, Mark F. McGranaghan, H. Wayne Beaty, 1996 “ Electrical Power Systems Quality “ McGraw-Hill. [13] Suprianto, 2005, Evaluasi Harmonik pada Sistem Tenaga Listrik (Studi Kasus PT. Krakatau Stell), Tesis S2 Program Studi Teknik Elektro Pascasarjana UGM. [14] Yan Y.H, Chen C.S, Moo C.S, and C.T. Hsu, March / April 1994 “Harmonic Analysis for Industrial Customers “,in IEEE Trans. On Ind Appl., 30 : (2) : 462 -468
152
ISSN : 2086 – 4981
