Perencanaan High Pass dan Single Tuned Filter Sebagai Filter Harmonisa Pada Sistem Kelistrikan Tabang Coal Upgrading Plant (TCUP) Kalimantan Timur Ardian Rizkytama 2207100643 Bidang Studi Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Kampus ITS Keputih Sukolilo Surabaya 60111 Abstract: Tabang Coal Upgrading Plant (TCUP) is one of the largest coal miners, located in East Kalimantan region. This company uses a lot of motors equipped with Variable Speed Drive (VSD) in the process of mining, especially for changes in the raw coal into briquettes. Variable Speed Drive (VSD) is a power electronics equipment that serves to regulate the motor speed, but the use of Variable Speed Drive (VSD) may create new problems that can reduce the power quality in electrical systems, the problem is harmonics. With these harmonics, the system often experience such interference or disturbance, like the transformer becomes hot quickly even burn. To overcome the harmonics occur, then the harmonic filters is used. Harmonic filters are installed on this system is a passive filter types, namely single-tuned filters and high pass filters. The filters in addition to overcoming the harmonics function can also improve the power factor. The selection of passive filters depends on the characteristics of the voltage on harmonics local systems will be tuned. From the simulation result, it is finally obtained that the installation and optimization of passive filter were able to increase power factor from 90,6% to 95,7% and decrease the power consumption from 10,473 MVA to 9,913 MVA on the side of Steam Generator. Moreover, THD and IHD voltage in each load bus has decreased in the state of below available standard. Another result was the decrease of THD rate in each feeder connected to load bus. Keywords: Single Tuned, High Pass, Harmonics, Power Factor Abstrak: Tabang Coal Upgrading Plant (TCUP) adalah salah satu perusahaan penambang batu bara yang terletak di daerah Kalimantan Timur. Perusahaan ini banyak menggunakan motor yang dilengkapi Variable Speed Drive (VSD) dalam proses penambangannya, terutama untuk perubahan batu bara mentah menjadi briket. Variable Speed Drive (VSD) merupakan suatu peralatan elektronika daya yang berfungsi untuk mengatur kecepatan motor, namun penggunaan Variable Speed Drive (VSD) dapat menimbulkan masalah baru yang dapat menurunkan kualitas daya pada sistem kelistrikan, masalah tersebut adalah harmonik. Dengan adanya harmonik tersebut, system sering kali mengalami gangguan diantaranya adalah transformator menjadi cepat panas bahkan terbakar. Untuk mengatasi harmonik yang terjadi, maka digunakanlah filter harmonik. Filter harmonik yang dipasang di sistem ini adalah jenis filter pasif, yaitu filter single tuned dan filter high pass. Filter tersebut selain berfungsi untuk mengatasi harmonik juga dapat meningkatkan faktor daya. Pemilihan jenis filter pasif tergantung dari karakteristik harmonisa tegangan pada sistem lokal yang harmoniknya akan diredam. Setelah disimulasikan didapatkan bahwa pemasangan filter pasif dan optimisasi filter pasif dapat meningkatkan faktor daya 90,6% menjadi 95,7% dan konsumsi daya menurun dari 10,473 MVA menjadi 9,913 MVA pada sisi Steam Generator. Selain itu, THD dan IHD tegangan pada tiap bus beban dapat turun dan berada di bawah standard yang digunakan. Dampak lainnya adalah turunnya nilai THD arus pada tiap feeder yang terhubung pada bus beban. Kata Kunci : Single Tuned, High Pass, Harmonik, Faktor Daya
PENDAHULUAN Seiring dengan kemajuan zaman, sistem kelistrikkan indonesia juga ikut berkembang. Semakin berkembangnya sistem kelistrikan maka konsumsi daya juga akan meningkat. Tingginya konsumsi daya perlu diatasi dengan adanya penggunaan peralatan elektronika daya seperti konverter untuk memaksimalkan penggunaan daya aktif dan memudahkan dalam pengaturan kecepatan motor. Akan tetapi dengan penggunaan peralatan elektronika daya dengan
Proceedings Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS.
berlebihan dapat menimbulkan masalah baru di sistem kelistrikan. Tabang Coal Upgrading Plant (TCUP) adalah sebuah plant penambangan Batu Bara, di bangun oleh THIESS Pty Ltd yang terletak di Kalimantan Timur. Dalam proses produksinya, banyak menggunakan motor yang dikendalikan oleh inverter. Oleh karena penggunaan inverter yang terlalu berlebihan, menyebabkan arus fundamental tidak berbentuk sinusoidal lagi. Selain itu terdapat beberapa peralatan yang sering terbakar akibat kasus diatas.
Karena pengaruh yang disebabkan adanya harmonik sangat besar, maka diperlukan suatu usaha untuk menekan harmonik yang terjadi. Salah satu usaha tersebut adalah dengan merencanakan suatu fiter pasif yang ditala pada orde harmonisa tertentu sehingga harmonik dominan yang terjadi dapat ditekan sedemikian rupa sehingga harmonik yang terjadi berada pada nilai di bawah standar yang telah ditentukan. Perancangan filter harmonisa bukan hanya untuk menala harmonik pada orde tertentu, akan tetapi juga digunakan sebagai kompensator daya reaktif yang mampu mengurangi rugi-rugi daya, serta meningkatkan kapasitas saluran dan mengurangi drop voltages. Selain adanya keuntungan dari sisi teknis, penggunaan filter pasif sebagai filter harmonik dan korektor faktor daya juga mempunyai keuntungan dari sisi ekonomi karena dengan adanya korektor faktor daya, kapasitas saluran akan bertambah sehingga memungkinkan adanya penambahan peralatan produksi lain seperti motor sehingga dapat meningkatkan produksi industri tersebut. Tujuan yang hendak dicapai adalah mempelajari kualitas daya dari sistem kelistrikan di Tabang Coal Upgrading Plant (TCUP) Kalimantan Timur, khususnya tentang harmonik yang terjadi, memodelkan dan mensimulasikan sistem kelistrikan tersebut dengan software ETAP 5.0.3, menganalisis hasil simulasi dan meredam harmonik yang terjadi dengan merancang filter pasif menggunakan software ETAP 5.0.3 Dengan demikian, diharapkan terjadi perbaikan kualitas daya listrik dan pemakain daya listrik menjadi optimal. Digunakan software ETAP 5.0.3, karena mampu menganalisis harmonik baik itu menampilkan spektrum harmonik maupun karakteristik impedansi. ETAP 5.0.3 dapat juga menganalisis aliran daya serta hubung singkat diperlukan sebagai pelengkap dalam analisis harmonik. Perhitungan-perhitungan yang terdapat dalam ETAP 5.0.3 sudah akurat, hal ini terbukti bahwa perhitungan sederhana dalam analisis aliran daya maupun hubung singkat sudah sesuai dengan dasar teori. Sedangkan kelemahan ETAP 5.0.3 dalam analisis harmonik adalah tidak terdapat desain filter aktif, sehingga untuk meredam harmonik, digunakan filter pasif. Terdapat beberapa jenis filter pasif, diantaranya adalah filter single tuned, highpass (damped), highpass (undamped), by pass, 3rd order damped dan 3rd order C type. Selain itu tampilan ETAP 5.0.3 sangat menarik dan toolbarnya yang cukup sederhana, sehingga dalam pengerjaanya tidak perlu menggunakan bahasa pemrograman. Karena di dalam ETAP 5.0.3 hanya dapat merancang filter pasif, maka desain filter pasif yang digunakan adalah filter single tuned dan filter highpass (damped). Filter single tuned digunakan untuk menala harmonik orde yang paling dominan, sedangkan filter highpass (damped) digunakan untuk menala orde harmonik yang terjadi hampir merata dan tidak sesuai dengan standard individual harmonics distortion (IHD) yang dikeluarkan oleh IEEE (berdasarkan IEEE Std. 519-1992).
Proceedings Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS.
Hasil yang diperoleh diharapkan dapat memberikan manfaat dalam dunia industri sehingga dapat diterapkan di dunia industri yang memiliki masalah dalam harmonik. Serta dapat meningkatkan penguasaan IPTEK di bidang Peningkatan Kualitas Daya.
LANDASAN TEORI Pada suatu tegangan V, daya aktif, daya reaktif dan daya total adalah sebanding dengan arus dan akan sesuai dengan persamaan 1, yaitu: S = P2 + Q2
(1)
= (V ⋅ I ⋅ Cosθ ) 2 + (V ⋅ I ⋅ Sinθ ) 2
Faktor daya merupakan salah satu indikator baik buruknya kualitas daya listrik. Faktor daya didefinisikan sebagai perbandingan antara daya aktif dan daya reaktif. Faktor daya juga disimbolkan sebagai cos θ, dimana:
P (2) S Salah satu cara yang lazim untuk memperbaiki faktor daya adalah dengan cara kompensasi daya reaktif dimana sebagian kebutuhan daya reaktif yang dibutuhkan beban didapat dari kompensator daya reaktif. Salah satu kompensator daya reaktif adalah kapasitor bank dengan rating kvar sebagai berikut: Cos θ = pf =
(
∆Q = P × tan ϑ awal − tan ϑ t arg et
)
(3)
Penambahan daya reaktif tersebut dibatasi pada nilai faktor daya maksimal 100% dan tidak merubah keadaan leading atau lagging sistem sehingga tidak merusak beban terpasang. Apparent Power
Reactive Power
θ Active Power
Gambar 1. Hubungan Daya Pada Rangkaian AC P1 = P2
P (Watt)
θ 1 θ 2 Q2
Q1
S2 (VA)
S1 (VA)
Q (VAR)
Gambar 2. Diagram Fasor Daya
Gambar 1 menunjukan, m b bahwa daya tootal adalah veektor pennjumlahan anntara daya akttif dan daya reaktif, r sedanggkan padda gambar 2, adalah a gambaar perbaikan faktor fa daya denngan kom mpensator day ya reaktif (kappasitor) yang dibutuhkan untuk u meemperbaiki fakktor daya bebaan adalah sebaagai berikut: Daya reaktiff pada p.f awaal (4) Q1 = P1 x taan θ 1 Daya reaktiff pada p.f yanng diperbaiki (5) Q2 = P2 x taan θ 2 ; dimana P2 = P1 = konstann Sehingga rating r kapassitor yang diperlukan d u untuk meemperbaiki fakktor daya adallah, (6) Daya reaktiff ( ∆Q ) = Q1 – Q2 Atau, (7) Daya reaktiff ( ∆Q ) = P x (tan θ 1 - tann θ 2 ) Harmonik adalah a gangguuan yang terjjadi dalam sistem distribusi tenaga listrik yanng disebabkann adanya disstorsi gellombang arus dan tegangann. Distorsi gelombang aruss dan teggangan ini dissebabkan adaanya pembenttukan gelombbanggellombang denggan frekuensi kelipatan bu ulat dari frekuuensi funndamentalnya. t denngan Gelombang non sinusooidal dapat terbentuk meenjumlahkan gelombang g – gelombang sinusoidal, s seeperti terllihat pada Gam mbar 3 Istilah harm monik seringg dipakai unntuk menjelaaskan pennyimpangan gelombang sinusoidal s yaang berhubunngan denngan arus dann tegangan darri amplitudo dan d frekuensi yang y berrbeda. Dalam m sistem tenaaga listrik, definisi d harm monik dappat dijelaskaan sebagai komponen sinusoidal dari gellombang periiodik yang mempunyai m frrekuensi kelippatan bilaangan bulat (integer) darri frekuensi dasar. d Frekuuensi dassar dari geelombang teersebut dinam makan frekuuensi funndamental daan gelombanngnya dinam makan kompoonen funndamental. Unntuk sistem tennaga dengan frekuensi f dasaar f0, frekkuensi dari harmonik h ordee ke-n adalahh n f0. Frekuuensi harrmonik yang bukan meruppakan kelipatan bulat (inteeger) darri frekuensi dasar disebuut interharmoonik. Bagian dari inteerharmonik biasa b disebutt dengan subb-harmonik. Subharrmonik memiiliki nilai freekuensi yang lebih kecil dari frekkuensi dasar. Total Harmonic Distortioon (THD) merrupakan param meter harrmonisa yangg didefinisikkan sebagai persentase total kom mponen harm monisa terhaddap komponenn fundamentaalnya (koomponen dapaat berupa tegaangan atau arrus) Secara um mum dig gunakan indekks harmonisa yyaitu : ∞
h=2
V1
G Gambar 3.(b) Geelombang Harmo onik Ketiga
Gambar 3.(c)) Gelombang Hassil Penjumlahan.
Gambar 4 (a). Limit Distoorsi Arus Harmon nik Sesuai IEEE Standard 519-1992
∞
∑ Vh 2
TH HDV =
Gambar 3.(a) Gelombang Funddamental
∑ Ih2
atau
THD I =
h=2
I1
(8)
Gambaar 4 (b). Limit Diistorsi Tegangan Harmonik Sesuaii IEEE Standard 519-1992
Procceedings Seminar Tugas Akhir Jurrusan Teknik Elekttro FTI – ITS.
Fungsi filter pasif secara sederhana dapat dikatakan sebagai “jalan” yang harus dilewati harmonisa sehingga harmonisa tidak sampai lewat pada sistem dan beban lain yang mengganggu sistem. Sedangkan filter aktif dibentuk dari peralatan elektronika daya yang lebih mahal daripada filter pasif. Filter pasif dibentuk dari kapasitor, induktor dan resistor. Terdapat berbagai macam konfigurasi filter pasif, antara lain band pass (single tune), high pass, double band pass, and composite. Gambar 5 berikut ini menyajikan bentuk konfigurasi, plot R-X, dan plot Z-ω.
Gambar 5. Macam-macam konfigurasi filter pasif
METODOLOGI Tabang Coal Upgrading Plant (TCUP) Kalimantan Timur mendapat pasokan daya dari dua pembangkit. Satu pembangkit berkapasitas 10 MWatt, sedangkan yang lainnya berkapasitas 2,5 MWatt. Pembangkit yang berkapasitas rendah hanya digunakan sebagai back up pada waktu start motor-motor besar saja. Jadi untuk kondisi normal hanya digunakan satu pembangkit saja dengan kapasitas 10 MWatt. Pada sistem kelistrikan Tabang Coal Upgrading Plant (TCUP) Kalimantan Timur tidak terdapat trafo step up untuk menaikkan tegangan output dari generator. Akan tetapi tegangan output generator langsung disalurkan ke masingmasing bus beban. Dari tiap-tiap bus ini tegangan akan diturunkan. Tegangan output generator adalah 11 kVolt dan langsung disalurkan, diturunkan menjadi 690 Volt maupun 380 Volt tergantung tegangan beban motor yang beroperasi. Dari output generator, mensuplay 2 beban motor induksi berkapasitas 200 dan 280 kWatt, serta beban lump sebesar 1202 kVA. Dari bus beban diatas disalurkan melalui kabel sepanjang 400 meter untuk mensuplay beban MCC 1, 2 dan 3 serta dialirkan lagi dengan kabel sepanjang 500 meter mensuplay bus pumping station. Dari pumping station tegangan diturunkan dari 11 kVolt menjadi 380 Volt mensuplay water reserve pump, MCC 4 dan MCC 5. Aliran daya diambil pada saat beban dalam keadaan full load (semua beban beroperasi) dan sistem juga berada dalam keadaan steady state. Pada keadaan ini maka didapat bahwa
Proceedings Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS.
sistem memerlukan pasokan daya sebesar 10,472 MVA dengan faktor daya 90,6% pada sisi supply Generator. Hampir pada seluruh bus beban memiliki faktor daya yang lebih dari 85%, namun ada beberapa bus untuk motormotor besar mempunyai power faktor dibawah 85%, yaitu beban motor di Bus MCC 1 Driyer, Bus MCC 2 Briquette dan Bus MCC 3. Akan tetapi power faktor pada bus-bus tersebut masih diatas 85% . Berikut tabel konsumsi daya pada bus beban. Tujuan studi ini adalah untuk melakukan kajian terhadap harmonik yang terjadi pada TCUP serta membuat desain filter yang sesuai untuk meredam atau menala harmonik yang terjadi, hal ini sesuai dengan apa yang telah dijelaskan pada bab pendahuluan. Dengan studi ini diharapkan akan didapatkan filter pasif yang sesuai, untuk menala harmonik yang timbul pada sistem kelistrikan Tabang Coal Upgrading Plant (TCUP) Kalimantan Timur, sehingga didapatkan sistem kelistrikan dengan nilai THD yang sesuai standart serta mencegah kerusakan-kerusakan yang diakibatkan harmonik. Kajian yang dilakukan adalah analisa harmonik serta desain filter pasif dengan menggunakan single tuned filter dan high pass filter. Untuk menyelesaikan masalah harmonik yang terjadi pada sistem kelistrikan di Tabang Coal Upgrading Plant (TCUP) Kalimantan Timur, mengacu pada metode seperti yang ditunjukkan pada flowcart gambar 6. Pengumpulan data pada Tabang Coal Upgrading Plant (TCUP) Kalimantan Timur merupakan hal yang paling utama dan merupakan titik awal untuk menyelesaikan permasalahan studi kasus ini. Pengumpulan data melipui spesifikasi generator sebagai penyuplai utama sistem kelistrikan, spesifikasi rating trafo, dan spesfikasi rating semua beban. Setelah semua data terkumpul, maka dilakukan pemodelan sistem yang meliputi analia harmonik baik harmonik arus maupun tegangan. Pemodelan sistem kelistikan berdasakan data-data yang telah diperoleh pada Tabang Coal Upgrading Plant (TCUP) Kalimantan Timur untuk kemudian dilakukan simulasi, meggunakan software ETAP 5.0.3. Simulasi dilakukan untuk mengetahui spectrum harmonik pada masing-masing bus untuk harmonik tegangan dan masing-masing kabel untuk mengetahui harmonik arus. Setelah didapatkan nilai harmonik pada orde yang dominan, kemudian dilakukan perhitungan desain filter pasifnya untuk menala orde dominan tersebut. Setelah parameter-parameter yang dihitung didapatkan, maka nilai-nilai tersebut dimasukan sebagai data pada filter pasif di software ETAP 5.0.3. Setelah filter pasif terpasang, maka perlu dianalisa, apakah terjadi resonansi parallel maupun seri sehingga nilai harmonik membesar atau filter yang didapatkan sudah sesuai. Kemudian hasil studi dapat disimpulkan.
START
Table 2. Konsumsi daya pada Main Bus
Beban
PENGUMPULAN DATA
PEMODELAN SISTEM
kV
Bus MCC DRIYER
1
Bus MCC BRIQUETTE
2
1329
3257
91,3
0,69
2604
1120
2834
91,9
Bus MCC 3
0,69
1914
827
2085
91,8
Bus Aux (spare)
0,38
0
0
0
0
Water Pump
REKONFIGURASI NILAI DAYA REAKTIF
ANALISA HARMONISA
Reserve
kV
kW
kVar
kVA
pf
0,38
50
31
59
85,0
Bus MCC 4
0,38
127
79
149
85,0
Bus MCC 5
0,38
77
48
91
85,0
Pada seluruh bus terjadi penurunan tegangan yang bervariasi dari tegangan rating sebesar 11 kV untuk bus generator menjadi 10,995 kV, untuk main bus turun menjadi 10,972 kV dan untuk bus pumping station turun menjadi 10,966 kV. Sedangkan untuk nilai power faktor ketiga bus diatas sudah tergolong bagus, kecuali untuk bus pumping station yang memang mempunyai beban-beban lump load dengan power faktor sebesar 85%. Berikut adalah data harmonik sebelum dipasang filter harmonik.
DESAIN FILTER PASIF
NO
YES
Table 4. Profil THD Tegangan pada Sistem Kelistrikan Tabang Coal Upgrading Plant (TCUP) Kalimantan Timur
KESIMPULAN
Bus Bus Generator Gambar 6. flowchart langkah-langkah peredaman harmonik di TCUP
Perencanaan filter pasif dan simulasi dilakukan dengan menggunakan software ETAP 5.0.3. Oleh karena itu maka data yang diperlukan adalah data aliran daya, karakteristik resonansi dan karakteristik harmonisa tegangan. Harmonisa tegangan dijadikan parameter karena filter pasif yang direncanakan adalah filter pasif yang dipasang shunt terhadap sistem. Namun, dampak dari pemasangan filter pasif yang direncanakan ini juga berdampak pada harmonisa arus. Berikut adalah tabel untuk konsumsi daya secara detail. Table 1. Konsumsi daya pada Bus Generator
kV
kW
PS_Aux_Supply (1202 kVA) Main Bus
HASIL DAN PEMBAHASAN
kVar
kVA
pf
0,38
1150
313
1192
96,5
YKK-450-4
11
211
90
229
92,0
YKK-450-6
11
166
71
180
91,9
0,38
17
10
20
85,0
Beban Lumped Load (50 kVA)
pf
Table 3. Konsumsi daya pada Bus Pumping Station
KOREKSI FAKTOR DAYA
Beban
kVA
2973
Beban
PS_AUX SUPPLY
kVar
0,69
ANALISA LOAD FLOW
HARMONIK OK
kW
Proceedings Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS.
Bus MCC 1 DRIYER Bus MCC 2 BRIQUETTE Bus MCC 3 Bus Pumping Station Water Reserve Pump Stat. MCC 4 MCC 5
THDV (%)
10,92 9,02 11,08 8,48 20,59 22,64 11,16 10,40 9,89 10,26
Standard (%)
Condition
5 5 5 5 5 5 5 5 5 5
NOT OK NOT OK NOT OK NOT OK NOT OK NOT OK NOT OK NOT OK NOT OK NOT OK
Dari tabel diatas dapat diketahui bahwa dari seluruh bus yang ada pada Tabang Coal Upgrading Plant (TCUP) Kalimantan Timur, nilai harmonik tegangannya masih dibawah standard (berdasarkan IEEE Std. 519-1992). Oleh karena bus MCC 2 BRIQUETTE dan MCC 3 mempunyai nilai harmonik tertinggi, maka perencanaan pemasangan filter dilakukan pada kedua bus tersebut. Sedangkan untuk fenomena resonansi, tidak terjadi adanya resonansi seri serta sedikit terjadi resonansi paralel, yaitu hanya terdapat pada 6 bus saja, Main Bus adalah penyuplai resonasi paralel tersebut.
Gambar 7. Sistem Kelistrikan Tabang Coal Upgrading Plant (TCUP) Kalimantan Timur Table 5. Profil THD arus sistem kelistrikan Tabang Coal Upgrading Plant (TCUP) Kalimantan Timur Bus
To Bus (Feeder)
Bus Generator
PS_Aux_Supply
Bus Generator
Main Bus
Main Bus
MCC 1 DRIYER
Main Bus Main Bus
MCC 2 BRIQUETTE MCC 3
Main Bus
Pumping Station
Pumping Station
Water Reserve Pump Stat.
Pumping Station
MCC 4
Pumping Station
MCC 5
THDi (%)
Standard (%)
Condition
8 29 17
8 5 15
OK NOT OK
50
15
NOT OK
74 36
15 12
NOT OK
9
15
OK
39
15
NOT OK
35
15
NOT OK
NOT OK
NOT OK
Untuk perancangan filter pasif harmonik, dipasang pada THD terbesar. Yaitu terletak pada bus MCC 2 BRIQUETTE dan MCC 3. Berikut adalah contoh perhitungan perancangan filter pasif harmonik, baik single tuned orde 5 dan high pass penalaan orde 11 pada bus MCC 2 BRIQUETTE. Tegangan line-netral : 0,69 0,398 √3 Frekuensi Sudut : 2. .
2 . 3,14 . 50
314,16
Untuk Single tuned orde 5 dipilih Q = 45 sehingga, Apabila
kVar yang digunakan (Qc) sebesar 360 kVar
Proceedings Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS.
360 120 3 Rating kapasitor (dalam Farad) komponen filter adalah, 120 2,406 . 314,16 . 0,69 Frekuensi Tuning = 250 Hz (orde 5) Maka, komponen reaktor filter, 1 1 2,406. 10 . 314,16.5 . . 0,17 0,053 Ω . 314,16 . 0,17. 10 Dan komponen resistansi filternya adalah, . .
5 . 0,053 45
0,0059 Ω
Sedangkan untuk high pass filter, apabila digunakan (Qc) sebesar 180 kVar, maka 180 60 3 Rating kapasitor (dalam Farad) komponen filter adalah, 60 1,203 . 314,16 . 0,69 Frekuensi Tuning = 550 Hz (orde 11) Maka, komponen reaktor filter, 1 1 . . 1,203. 10 . 314,16.11 0,07 0,022 Ω . 314,16 . 0,07. 10
Table 8. Profill THD arus sistem m kelistrikan Tabaang Coal Upgrad ding Plant (TCU UP) Kalimantan T Timur setelah Pem masangan Filter
Dan kompon nen resistansii filternya adallah,
Bus
Berikut adallah tabulasi leengkap desain filter pasif. Table 6. Tabulassi lengkap desain filter pasif Bus
Jen nis Filter
Singgle Tunned Highh Pass Singgle Tunned Highh Pass
MC CC 2 BR RIQUETTE MC CC 3
Orde Filter
5 7 111 5 7 111
C
L
R
1,064 mF 1,605 mF 1,203 mF 1,604 mF 1,605 mF 802,4 µF
0,17 mH 0,087 mH 0,07 mH 0,26 mH 0,13 mH 0,11 mH
0,00059 Ω 0,00042 Ω 4 Ω 4,8 0,0009 Ω 0,0006 Ω 7 Ω 7,3
Fungsi utam ma filter pasiif adalah men nyediakan “jaalan” unttuk dilewati oleh harmon nik sehinggaa harmonik tidak t meengalir ke systtem dan mem mbahayakan sisstem. Oleh kaarena itu,, pemasangan n filter pasiif pasti akan n berakibat pada turu unnya harmo onik pada system kelistrik kan Tabang Coal Up pgrading Plantt (TCUP) Kaliimantan Timu ur. Setelah pem masangan fillter harmonik k, dilakukan run frek kuensi untuk melihat efek ddari pemasang gan filter terseebut, seh hingga didapaat karakteristiik impedansii terhadap waaktu. Berrikut adalah pengaruh pem masangan filtter pasif terh hadap harrmonik. Berikut adaalah tabel 4.10 0 yang berisi tabulasi t meng genai TH HD tegangan yang y ada di seetiap bus setelah filter harm monik dip pasang. Terlih hat bahwa semua s THD tegangan su udah dib bawah standarrd (berdasarkaan IEEE Std. 519-1992). 5
To Bus (Feeder)
THD T i (%)
Stand dard (% %)
Bus Generator
PS_Aux_S Supply
1
8
Bus Generator
Main Bus
5
5
OK OK
Main Bus
MCC 1 DR RIYER
8
15
OK
Main Bus
9
15
OK
Main Bus
MCC 2 TTE BRIQUET MCC 3
12
15
OK
Main Bus
Pumping S Station
11
12
OK
Pumping Statio on
2
15
OK
Pumping Statio on
Water Resserve Pump Stat. MCC 4
11
15
OK
Pumping Statio on
MCC 5
12
15
OK
Berikut adalah a Spektrrum dan Waveeform dari TH HD arus pada bus-bus yang dilakukkan pemasangaan filter harmo onik.
Gambar 8. Sp pektrum Harmoniik Arus Bus MCC C 2 BRIQUETTE E setelah dippasang filter
Table 7. Profil THD T Tegangan pada Sistem Kelistrikan Tabang Co oal Upgrading Plant (TCUP) U ( Kaliman ntan Timur setelah h Pemasangan Fillter THDV T (%) 2,35
Stan ndard (% %) 5
PS S_Aux_Supply (1 1202 kVA)
1,56
5
OK K
Main M Bus
2,38
5
OK K
Bu us MCC 1 DRIY YER
2,90
5
OK K
Bu us MCC 2 BRIQUETTE
3,78
5
OK K
Bu us MCC 3
4,72
5
OK K
Bu us Pumping Statiion
2,40
5
OK K
Water W Reserve Pum mp Stat.
2,12
5
OK K
MCC M 4
2,05
5
OK K
MCC M 5
1,90
5
OK K
Bus Bu us Generator
Condition OK K
Selain THD D tegangan, THD arus juga mengaalami pen nurunan yang g signifikan. Berikut disaajikan pada tabel t 4.1 11, menunjukk kan bahwa T THD arus turrun sesuai den ngan stan ndard (berdassarkan IEEE Std. S 519-1992)). Untuk IHD arus yan ng lebih lengk kap, disajikan pada lampiran n.
Procceedings Seminar Tugas Akhir Jurrusan Teknik Elekttro FTI – ITS.
Conditti on
Gambar 9. Waaveform Harmonik Arus Bus MCC C 2 BRIQUETTE E setelah dippasang filter
Gambar 10. Karakteristik K Imppedansi Bus MCC C 2 BRIQUETTE E setelah dippasang filter
KESIMPULAN Dari hasil simulasi dan analisa di atas, maka dapat disimpulkan: 1. Pemasangan kompensasi daya reaktif untuk perbaikan faktor daya dan perbaikan tegangan pada bus dapat menimbulkan permasalahan baru yaitu meningkatnya harmonisa pada sistem. Peningkatan harmonisa tersebut terjadi akibat adanya fenomena resonansi parallel, dimana resonansi parallel terjadi karena kapasitansi kapasitor, sumber harmonisa dan reaktansi induktor transformator terhubung parallel sehingga karakteristik impedansi terhadap frekuensi pada bus menjadi naik. Dengan naiknya nilai impedansi maka apabila terdapat arus yang kecil, harmonisa tegangan akan menjadi tinggi sehingga dapat menyebabkan overvoltage. 2. Pada system kelistrikan Tabang Coal Upgrading Plant (TCUP), terjadi peningkatan nilai faktor daya dari 90,6% pada kondisi eksisting menjadi 95,7% pada sisi Generator (setelah dipasang filter pasif). 3. Terjadi penghematan konsumsi daya reaktif sebesar 1,550 Mvar dari 4,427 Mvar menjadi 2,877 Mvar pada sisi Generator. 4. Terjadi kenaikan tegangan pada seluruh bus beban hingga di atas 95% tegangan nominal. 5. THD tegangan dan IHD tegangan pada semua bus beban turun dan berada di bawah standard yang digunakan. 6. THD arus pada seluruh feeder berada di bawah standard yang digunakan, namun masih ada beberapa feeder yang mempunyai IHD arus yang melebihi standard. Untuk mendapatkan hasil peredaman harmonisa arus dan tegangan yang sangat efektif maka diperlukan studi lebih lanjut (misalnya saja melalui hibrida filter pasif dan filter aktif).
DAFTAR PUSTAKA [1]. R. H. Miller, J.H Malinowski, “Power System Operation”, New York : McGraw-Hill Inc, 1994. [2]. J. Arrillaga, D. A. Bradley, P. S. Bodger, “Power System Harmonics”, John Wiley & Sons, 1985. [3]. Gary W. Chang, Paulo F. Ribeiro, “Harmonics Theory”,http://www.powerit.vt.edu/AA/chapters/CHA P_2/c2toc/c2_frame.htm, 2006. [4]. IEEE Std. 1531-2003 - Guide for Application and Specification of Harmonic Filters. [5]. Sharaf, Adel M., Michael E. Fisher, “An Optimization Based Technique For Power System Harmonic Filter Design”, Electric Power Systems Research 30 page 63-67, Elsevier, January 1994. [6]. W. Mack Grady dan Surya Santoso, “Understanding Power System Harmonics”, http://www.ece.utexas.edu/~grady, 28 Agustus 2006.
Proceedings Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS.
[7]. J. C. Das, “Passive Filters – Potentialities and Limitations”, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 40, no. 1, Januari/Februari 2004. [8]. Nguyen, T.T., ” Optimal Harmonic Filter Design Procedure”, Electric Power Systems Research, 23 page 217-22, Elsevier, 1992.
RIWAYAT HIDUP Ardian Rizkytama dilahirkan di kota Probolinggo, 24 Desember 1985. Penulis adalah putra ke-1 dari 4 bersaudara. Penulis memulai karir akademis di SDN Sukabumi II Probolinggo hingga lulus pada tahun 1998, setelah itu Penulis melanjutkan pendidikan di SLTPN 5 Probolinggo dan lulus pada tahun 2001. Lalu Penulis melanjutkan pendidikan di SMUN 1 Probolinggo hingga lulus pada tahun 2004 dan kemudian melanjutkan pendidikan di Politeknik Negeri Malang (Polinema) Jurusan Teknik Elektronika Industri dan lulus pada tahun 2007. Pada pertengahan tahun 2007 Penulis melanjutkan pendidikan untuk mengambil gelar Sarjana Teknik Elektro di Institut Teknologi Sepuluh Nopember di Jurusan Teknik Elektro pada Program Pendidikan Teknik Sistem Tenaga melalui program Lintas Jalur.
