ANALISIS PENGARUH PEMASANGAN MINI CAPACITOR BANK TERHADAP KUALITAS LISTRIK DI RUMAH TANGGA SERTA PERANCANGAN FILTER AKTIF MENGGUNAKAN KONTROLER PI SEBAGAI PELINDUNG KAPASITOR DARI HARMONISA
NOPTIN HARPAWI NRP 2208100502 Dosen Pembimbing Prof. Dr. Ir. Adi Soeprijanto, MT Ir. Sjamsjul Anam, MT
1
PENDAHULUAN
2
TEORI PENUNJANG
3
METODOLOGI
4
PENGUKURAN, SIMULASI DAN ANALISIS
5
PENUTUP
Presentasi Sidang Tugas Akhir (Semester Genap 2010) Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS 2
Latar Belakang • Saat ini menghemat penggunaan daya adalah sesuatu yang mutlak • Menganalisis pengaruh pemasangan kapasitor terhadap kualitas listrik • Meningkatnya beban listrik yang bersifat non linear seperti lampu hemat energi, komputer, UPS, sehingga menimbulkan gangguan yang bernama harmonisa.
3
Tujuan • Mengetahui pengaruh pemasangan Mini Capacitor Bank terhadap kualitas listrik rumah tangga (meliputi power factor, tegangan, arus, harmonisa, dan rugi-rugi daya) • Mengetahui seberapa besar optimalisasi pemanfaatan daya yang dihasilkan dari pemasangan Mini Capacitor Bank • Mengetahui pengaruh pemasangan Mini Capacitor Bank terhadap tagihan listrik bulanan dan terhadap jaringan listrik PLN • Mendapatkan rancangan filter aktif sebagai alat pelindung kapasitor terhadap tegangan/arus lebih yang ditimbulkan oleh komponen harmonisa
4
Batasan Masalah • Sistem kelistrikan yang digunakan sebagai objek tugas akhir adalah sistem kelistrikan rumah tangga satu phasa di bawah 6600 VA (Golongan R1 atau R2) • Studi kasus dilakukan pada Mini Capacitor Bank Merk “SAVE TRICK” dengan kapasitansi total 10.216 uF.
5
1
PENDAHULUAN
2
TEORI PENUNJANG
3
METODOLOGI
4
PENGUKURAN, SIMULASI DAN ANALISIS
5
PENUTUP
Presentasi Sidang Tugas Akhir (Semester Genap 2010) Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS 6
Kapasitor d
dielektrik 2 Keping pelat sejajar dengan luas masing-masing adalah A
C A d 7
Rating Kapasitor Daya reaktif yang dihasilkan oleh kapasitor adalah: 2
Q V .2f .C
Dimana: Q : Daya Reaktif (Var) V : Tegangan Kapasitor (Volt) f : Frekuensi jala-jala (Hz) C : Kapasitansi (F) Jika kapasitor dipasang tidak pada tegangan rating dan besar tegangan tersebut adalah V0, maka besar daya reaktif yang dihasilkan: 2
V0 Q Vrating
Q rating
8
Pemasangan Kapasitor 1. Pemasangan secara paralel (Shunt)
2. Pemasangan secara seri
9
1.Tujuan pemasangan kapasitor secara paralel adalah: - Memperbaiki Power Factor - Mengurangi rugi-rugi di saluran - Menaikkan tegangan beban 2.Tujuan pemasangan kapasitor secara seri adalah: Pemasangan seri biasanya untuk kompensasi daya reaktif saluran transmisi yang disebabkan oleh induktansi saluran.
10
Kualitas Listrik Secara umum, kualitas daya listrik dapat diartikan sebagai segala hal yang berhubungan dengan: 1. Keadaan tegangan 2. Harmonisa 3. Faktor daya 4. Kompensasi daya reaktif
11
Faktor Daya (Power Factor) Apparent Power
Reactive Power
Active Power
Definisi umum dari faktor daya adalah ratio antara daya aktif (P) dan daya total (S).
Pf
P Cos S
12
Perbaikan Faktor Daya P1 = P2
P (Watt)
1 2 Q2
S2 (VA)
Q1
S1 (VA)
Q (VAR)
Daya Reaktif yang dibutuhkan:
Q Daya aktif tan tan
1
2
13
Harmonisa Harmonisa didefinisikan sebagai gelombang sinusoidal yang terjadi pada frekuensi kelipatan integer frekuensi fundamentalnya yang dikombinasi dengan gelombang frekuensi fundamental sehingga mengakibatkan bentuk gelombang terdistorsi.
14
Sumber Harmonisa 1. Konverter, Rectifier, dan Inverter Alat-alat di atas sangat banyak digunakan pada peralatan listrik. Misalnya pada Komputer, fax, TV, microwave, radio, mesin cuci, Charger baterai, Uninterruptible Power Supply (UPS). 2. Lampu Hemat Energi 3. Dan beban non linier lainnya…
15
Pengaruh Harmonisa Diantara pengaruh harmonisa adalah: 1. Kabel 2. Interferensi Telepon 3. Alat Ukur 4. Mesin-mesin listrik 5. Resonansi
- Merusak Peralatan - Lifetime peralatan berkurang - Mengganggu Kinerja Peralatan
16
Total Harmonic Distortion Ini didefinisikan sebagai sebagai persentase total komponen harmonisa terhadap komponen fundamentalnya (dapat berupa tegangan atau arus). THD
1
k
2 Un 100% U1
2
2
Dimana: Un adalah komponen harmonisa U1 adalah komponen fundamental k adalah indek harmonisa maksimum yang diamati
17
Filter Aktif
FA menyediakan komponen harmonisa yang mirip dengan harmonisa yang dihasilkan oleh beban nonlinear. Jika arus beban IL dapat dinyatakan oleh:
I L I L1 I Ln
Dimana: IL1 = Arus fundamental ILn = Arus frekuensi kelipatan fundamental
n2
Maka FA Shunt harus menyediakan arus harmonisa If
If
I
Ln
n 2
18
Kontroler PI e(t ) Kp (1
1 ) is
Sistem
u(t )
Kontroler akan membandingkan nilai sebenarnya dari suatu sistem dengan nilai masukan (nilai yang dikehendaki), sehingga didapat selisih (error) yang nol atau mendekati nol.
19
1
PENDAHULUAN
2
TEORI PENUNJANG
3
METODOLOGI
4
PENGUKURAN, SIMULASI DAN ANALISIS
5
PENUTUP
Presentasi Sidang Tugas Akhir (Semester Genap 2010) Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS 20
Flowchart Tugas Akhir Pengumpulan data kelistrikan rumah tangga
Mempelajari spesifikasi kapasitor
Pemasangan kapasitor pada jaringan listrik dan pengukuran
Melakukan perhitungan menggunakan rumus parameter-parameter kualitas listrik setelah pemasangan kapasitor
Perancangan Filter aktif menggunakan PI Kontroler untuk melindungi kapasitor dari harmonisa beserta simulasi
21
Objek Tugas Akhir Data kelistrikan diambil pada sebuah rumah di keputih perintis II no 54. Rumah ini berlangganan daya listrik sebesar 2200 VA MDB Trafo PLN
BEBAN KWh PLN
Kapasitor bank
22
Perancangan Filter Berikut adalah blok filter aktif yang direncanakan
23
1
PENDAHULUAN
2
TEORI PENUNJANG
3
METODOLOGI
4
PENGUKURAN, SIMULASI DAN ANALISIS
5
PENUTUP
Presentasi Sidang Tugas Akhir (Semester Genap 2010) Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS 24
Hasil Pengukuran Berikut Hasil pengukuran parameter-parameter listrik sebelum dan sesudah pemasangan kapasitor
25
Hasil Perhitungan Berikut Hasil perhitungan parameter-parameter listrik jika dipasang kapasitor 10.216 uF
26
Pengaruh Pemasangan Mini Capacitor Bank Terhadap Tagihan Listrik Bulanan 1. Pelanggan rumah tangga hanya dikenakan biaya pemakaian Kilo Watt Jam (KWh). Sehingga pengaruh pemasangan kapasitor sebagai kompensator daya reaktif tidak akan mengurangi tagihan bulanan untuk pemakaian daya aktif yang sama. 2. Kalau pun ada pengurangan, itu sedikit sekali yaitu berkurangnya rugi-rugi panas di saluran instalasi disebabkan berkurangnya arus total.
27
Pengaruh Pemasangan Mini Capacitor Bank Terhadap PLN 1. Mengurangi drop tegangan dan mengurangi rugi-rugi jaringan 2. Semakin optimalnya pemanfaatan daya aktif di sisi pelanggan 3. Meningkatnya efesiensi peralatan seperti transformator daya dan saluran penghantar
28
Simulasi Filter a. Simulasi Tanpa Filter
Parameter-parameter yang digunakan untuk rangkaian simulasi sistem tanpa filter adalah: 1. Tegangan sumber ( Vn 218 2 308.3V, f: 50 Hz) 2. Beban (S: 900 VA, Pf: 0.95, THDi: 22.9 %) 3. Impedansi Saluran (R: 1.17 Ohm, L: 0.1 mH) 4. Kapasitor Bank (C: 10 uF; L: 0.0018 mH)
29
Hasil Simulasi Tanpa Filter:
Arus Jala-jala
Spektrum frekuensi Arus Jala-jala
30
THD Arus saat Tanpa Filter:
Orde Harmonisa ke-n
Magnitudo Arus Harmonisa
3
1.19
5
0.37
7
0.09
9
0.18
11
0.09
15
0.07
17
0.07
THD
23 %
Arus fundamental (50Hz) = 5.5 A
31
Perhitungan nilai THD arus jala-jala di atas adalah: THDa ru s THD
THD
I n2 x100% 2 I n 2 , 3... 1 2 2 2 I 32 I 52 I 72 I 92 I11 I15 I17 I12
1.192 0.272 0.092 0.182 0.092 0.072 0.072 5.5 2
= 23 %
32
b. Simulasi menggunakan Filter
33
Hasil Simulasi Menggunakan Filter:
Arus Jala-jala dan Tegangan Jala-jala
Spektrum frekuensi Arus Jala-jala 34
THD Arus Saat Menggunakan Filter: Orde Harmonisa ke-n
Magnitudo Arus Harmonisa
3
0.02
5
0.02
7
0.02
9
0.02
11
0.01
15
0.004
17
0.006
THD
0.76 %
Arus fundamental (50Hz) = 5.51 A
35
1
PENDAHULUAN
2
TEORI PENUNJANG
3
METODOLOGI
4
PENGUKURAN, SIMULASI DAN ANALISIS
5
PENUTUP Presentasi Sidang Tugas Akhir (Semester Genap 2010) Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS 36
Kesimpulan 1. Pemasangan Mini Capacitor Bank pada listrik rumah tangga yang dijadikan objek menghasilkan peningkatan power factor (dari 0.95 lagging menjadi 0.99 lagging), mengurangi drop tegangan (karena turunnya arus dari 4.13A menjadi 3.89A, mengurangi daya total yang ditarik dari jala-jala PLN (dari 900 VA menjadi 850VA).
2. Pemasangan kapasitor bank tidak mengurangi tagihan listrik bulanan. Karena yang dikompensasi oleh alat ini hanya daya reaktif. Tetapi dengan pemasangan alat ini terjadi optimalisasi pemanfaatan daya berlangganan dari 900 VA turun menjadi 850 VA (turun 5.6 %) 3. THD arus jala-jala sebelum terpasang filter adalah 23%, dan setelah terpasang filter turun menjadi 0,76%.
37
Relevansi • Menjadi referensi bagi konsumen listrik rumah tangga sebelum memutuskan untuk menggunakan Mini Capasitor Bank sebagai penghemat listrik. • Menjadi referensi untuk mengetahui parameter-parameter kualitas listrik. • Menjadi referensi dalam pengembangan perancangan pelindung kapasitor terhadap tegangan/arus lebih.
2. Spesifikasi Mini Capacitor Bank adalah: Merk : SAVE TRICK Type : ST 20 A Tegangan : 240 V Kapasitansi : 10.216 uF Induktansi : 0.0018 mH
Pilot Lamp
REFERENSI 1. Longland, “Power Capacitor Hand Book”, Buffer Worths, London, 1994. 2. J. Arrillaga, D. A. Bradley, P. S. Bodger, “Power Systems Harmonics”, John Wiley & Sons, 1985. 3. Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc, Ph.D, “Hand Out Analisis Sistem Tenaga”, ITS-Surabaya, 2009. 4. Prof. Dr. Ir. Mochammad Ashari, M.Eng, “Hand Out Elektronika Daya”, ITS-Surabaya, 2009. 5. Ir. Jos Pramudijanto, M.Eng, “Pengantar Sistem Pengaturan”, ITSSurabaya, 2008. 6. http://digilib.petra.ac.id/jiunkpe/s1/elkt/2007/jiunkpe-ns-s1-200723403053-5216-capacitor_bank-chapter2.pdf. 7. Hurng-Liahng Jou , Jinn-Chang Wu, Kuen-Der Wu, Nan-Tsun Shen, Yao-Jen Chang, “Simplified method for protecting the power capacitor from over-voltage/over-current”, Electrical Power and Energy Systems 28 (2006) 215–220
Arus kapasitor setelah difilter
Arus kapasitor sebelum difilter
Harmonisa jaringan
PR
PR
1 a0 T an bn
2 T 2 T
T
f (t )dt 0
T
f (t ) cos(nwt )dt 0
T
f (t ) sin(nwt )dt 0
T 2 T 2 1 sin(nwt )dt 1 sin(nwt )dt T T 2 0
1 2 cos n 1 cos n n
Dari Persamaan di atas „bn‟ hanya bernilai untuk n ganjil Hasilnya adalah: f (t )
4 1 1 sinwt sin3wt sin3wt ... 3 3
