Sistem Monitoring Hasil Penerapan Static Var Compensator Pada Motor Induksi 3 Phase

SEMINAR NASIONAL ELECTRICAL, INFORMATICS, AND IT’S EDUCATIONS 2009

Sistem Monitoring Hasil Penerapan Static Var Compensator Pada Motor Induksi 3 Phase 1

2

Sutedjo , Indhana Sudiharto Politeknik Elektronika Negeri Surabaya (PENS) Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS), Surabaya, Indonesia 1 Email: [email protected] 2 Indhana [email protected] 1,2

ABSTRAK Sebagian besar beban di industri menggunakan beban yang bersifat induktif, seperti motor dan trafo. Beban yang bersifat induktif menyebabkan nilai daya reaktif yang tinggi sehingga menghasilkan nilai faktor daya yang rendah. Nilai faktor daya yang rendah, menunjukkan bahwa kualitas daya yang dihasilkan masih belum baik, karena kualitas daya yang baik adalah jika nilai faktor daya mendekati unity dan nilai daya reaktif yang tinggi menyebabkan biaya pemakaian semakin tinggi. Oleh karena itu, untuk memperbaiki kualitas daya dan mengurangi biaya pemakaian, digunakan peralatan Static Var Compensator (SVC) yang berfungsi untuk mengkompensasi daya reaktif agar nilai faktor daya mendekati unity. Peralatan SVC menggunakan kapasitor bank yang dirangkai secara paralel terhadap beban, agar proses on dan off kapasitor bank dapat bekerja secara otomatis maka digunakan rangkaian mikrokontroller dan sistem dilengkapi dengan sensor arus, sensor frekuensi, sensor tegangan dan zero crossing detector. Zero crossing detector digunakan untuk mendeteksi beda fasa pada beban, karena nilai faktor daya tergantung dari beda phase antara arus dan tegangan pada beban. Data yang diambil oleh sensor-sensor yang bekerja akan dibaca oleh mikrokontroler AVR. Data akan dikirim oleh media RF modul untuk dikirimkan ke mikrokontroler yang sudah dilengkapi dengan receiver (penerima) untuk membaca data yang telah terkirim.Proses selanjutnya yaitu data pada mikrokontroler AVR satunya akan dibaca datanya oleh PC menggunakan hubungan serial . Kata kunci

:Sensor, mikrokontroller, kompensator

1. Pendahuluan Dengan perkembangan dunia industri yang pesat dan bertambah kompleks jenis-jenis beban, maka dibutuhkan kontinyuitas dalam penyaluran kualitas daya. Penelitian ini dikerjakan untuk membangun dan mengimplementasikan suatu perkembangan dan kemajuan dalam bidang kontrol industri untuk mendapatkan suatu efisiensi dan efektifitas dalam industri. Efisiensi dan efektifitas ini sangat penting dan berpengaruh dalam kinerja suatu perusahaan atau industri karena akan dapat lebih mengoptimalkan hasil yang akan diperoleh.. Efisiensi energi listrik dapat ditingkatkan dengan memperbaiki kualitas daya. Kualitas daya listrik dikatakan baik apabila power factor (cos θ) > 0.85. Sebagian besar beban industri bersifat induktif. Sehingga menyebabkan power factor (cos θ) rendah. Suatu desain monitoring pada penerapan static var compensator. SVC dikontrol oleh mikrokontroller dalam mengaktifkan tiap stepnya. Untuk mengetahui nilai power faktor digunakan LCD serta memanfaatkan ADC yang ada pada mikrokontroller untuk menampilkan nilai – nilai sensor arus, sensor tegangan, sensor frekuensi serta daya yang dipakai. Mikrokontroller yang digunakan adalah AVR Atmega16. Sistem monitoring berfungsi untuk memonitor data hasil sensor dan ditampilkan pada komputer. Pada penelitian ini sistem monitoring dilengkapi oleh transceiver yang berfungsi untuk mengirimkan data

pada jarak jauh dan dapat memonitor melalui PC (Personal Komputer). Sistem monitoring berfungsi untuk memonitor hasil yang telah ditampilkan pada LCD. 2. Dasar Teori 2.1.Daya Pada Rangkaian 3 Fase Seimbang Total daya diserap suatu beban 3 fase dapat diperoleh dengan menjumlahkan daya pada ketiga fasenya.

S

Gambar 2.1 Segitiga daya untuk suatu beban induktif Gambar 2.1 adalah gambar segitiga daya pada suatu beban induktif dimana terdapat komponen P(daya aktif), S(daya nyata) dan Q (daya reaktif). Persamaan 2.1 merupakan persamaan yang digunakan untuk mencari nilai daya nyata yaitu dengan penjumlahan daya aktif dan daya reaktif dalam bentuk bilangan kompleks.

S = P + jQ ..............................................(2.1)

A1-1


-Vtn

Vrs 30’ Vrn

60’

Besar nilai Vrs jika dilihat pada Gambar 2.2 yang merupakan hubungan tegangan saluran terhadap tegangan netral maka;

Vrs = 2 Vrn cos 30 = 3 Vrn ................(2.2) 0

suatu

fasor,

VL

dan

3

I P = I L …….....……............…...…........(2.7) dengan mensubstitusikan ke persamaan diperoleh;

Gambar 2.2 Hubungan antara suatu tegangan saluran dengan tegangan-tegangan ke netral

Pada

VP =

A1-2

Vrs

mendahului

30 0 terhadap Vrn maka dapat ditunjukkan pada

P = 3VL I L cos ϕ ………….....…...……(2.8) maka total VAR adalah

Q = 3V p I P sin ϕ …….......……...……....(2.9) Q = 3V L I L sin ϕ ……......…....………(2.10) dan VA dari beban adalah

Gambar 2.3.

Vrs = 3Vrn∠30 0 ....................................(2.3)

S = P 2 + Q 2 = 3VL I L …...….....….(2.11) Persamaan 2.11 adalah persamaan biasa dipakai

Vtr

untuk menghitung

Vtn

Vrs Vrn

P,Q, dan S pada jaringan 3

fasa yang seimbang,karena kuantitas yang biasanya diketahui adalah tegangan antar saluran ,arus kawat dan faktor daya atau cos ϕ . 2.1.1 Daya Aktif Nilai besaran daya masukan diubah menjadi daya keluaran dan P dalam Watt(W) dan dirumuskan sebagai berikut.

Vsn

Vst Gambar 2.3 Diagram fasor dari tegangantegangan pada rangkaian tiga fasa yang seimbang Jika besarnya tegangan ke netral Vp untuk suatu beban yang terhubung -Y adalah pada persamaan(2.3)

Vp = Van = Vbn = Vcn …….........……(2.4) Dan jika besarnya arus fasa Ip untuk suatu beban yang terhubung Y adalah pada persamaan (2.5)

Ip = Ian = Ibn = Icn …......….....…….(2.5) maka daya 3 fasa total didapatkan,

P = 3VP I P cos ϕ ……....…………...…...(2.6) dimana ϕ adalah suatu sudut dimana arus tertinggal terhadap tegangan fasa ,jadi sama dengan sudut dari impedansi dimasing-masing fasa.Jika VL dan

I L berturut-turut adalah besarnya tegangan antar saluran dan arus saluran,maka,

P = 3VL I L cos ϕ ………………...(2.12) Pada keseluruhan daya masukan daya semu dikonversikan menjadi daya keluaran sebagai daya aktif pada daya keluaran pada motor yang sebenarnya.Kualitas dari konversi daya diindikasikan sebagai cos ϕ yaitu factor daya. 2.1.2Daya Reaktif Mesin Listrik bekerja berdasarkan konversi dari energi elektromagnet (motor listrik ,tranformator).Bagian dari energi masukan diserap dan menghasilkan medan megnet.Beban induktif menggeser sudut fasa antara tegangan dan arus Daya dihasilkan dari gelombang tegangan dan arus yang mempunyai polaritas yang berkebalikan.ini disebut daya reaktif.Bagian dari energi ini disebut sebagai daya reaktif Q dalam VAR(volt ampere reaktif). Var tidak dapat dirubah menjadi daya aktif dan kembali ke sumber jaringan selama terjadi perubahan medan megnetik.Tetapi energi yang sama akan digunakan pada jaringan apabila dibutuhkan pada perubahan medan megnetik yang selanjutnya.

Q = 3V L I L sin ϕ ….......……………(2.13) 2.1.3.Daya Semu Daya listrik yang diserap pada peralatan dari sebuah sumber listrik disebut daya semu,dinotasikan sebagai S VA(volt ampere),dan mengandung daya aktif dan daya reaktif.


A1-3

S = 3V L I L ……….........……..………(2.14) 2.1.4.Faktor Daya Secara ilmu kelistrikan faktor daya diindikasikan sebagai pf, pada sebuah rangkaian listrik yang didefinisikan sebagai cosinus dari sedut fase antara gelombang fundamental tegangan dan arus.Definisi lain dari faktor daya adalah perbandingan antara daya aktif dan daya semu.

powerfaktor =

dayaaktif P = .............(2.15) dayasemu S

2.2. Kompensasi daya reaktif Pembalikan energi magnetik yang sebagai suplai pada rangkaian yaitu daya reaktif tanpa kompensasi dapat disimpan sementara di kapasitor dan dapat digunakan pada saat perubahan magnetik.Untuk menghitung kapasitor yang dibutuhkan untuk daya reaktif yaitu QC pada VAR dirumuskan.

QC = P * (tan ϕ1 − tan ϕ 2)[var ] …......(2.16) Kapasitor QC akan mengkompensasi induksi Q dan mengkompensasi cos ϕ menjadi 1.

Hubungan dan Rating Kapasitor

QC = VC I C [var].................................................(2.17)

V V (V ) QC = C* C = C ........................................(2.18) XC XC 2

XC =

1 1 = .................................(2.19) ω *C 2π * f *C

QC = (Vc) 2 *ϖ *C = (Vc) 2 * 2π * f *C............(2.20)

2.3. Hubungan Delta

Qtot= 3*(VL ) *ω*C.......... .......... .......... .......... ......(2.18) 2

Cdelta=

Qtot Qtot = .......... ......(2.19) 2 2 3*(VL ) *ω 3*(VL ) *2π * f

3. Perancangan Dan Pembuatan Pada Sistem Monitoring Hasil Penerapan Static Var Compensator Pada Motor Induksi 3 Phase, membahas permasalahan sensor, sistem komunikasi dan sistem perangkat lunak. Berikut ini merupaka bentuk diagram blok secara keseluruhan

Gambar 3.1 Blok Diagram perangkat Keras 3.1 Pengambilan Data Motor Pengambilan data motor yaitu saat ketiga motor dijalankan bersamaan dan data-data parameternya diukur menggunakan fluke. Tabel 3.1 Pengukuran Parameter Motor Menggunakan Fluke Parameter Tegangan Arus Frekuensi P S Q Cos pi

Nilai 379,2 V 5,99 A 50,4 Hz 0,83 KW 3,98 KVA 3,88 KVAR 0,21

3.2 Data Perhitungan Pada penelitian membandingkan data hasil pengkuran yang dilakuakan oleh fluke, menggunakan aplikasi visual Basic dan data perhitungan menggunakan perhitungan manual.Sehingga data yang diperoleh bisa dibandingkan. Perhitungan daya reaktif didapat;

P = 3V L − N I L − N cos ϕ P = 3 * 220 * 5,99 * 0,21 P = 830,214W

Pada hubungan bintang tegangan Line to line didapatkan yaitu;


VL− N =

VL− N = VL− N

A1-4

VL− L 3 380

3 = 223,5V

Vout=

R2 xVin ............................(4.1) R1 + R 2

dimana, Vout=Tegangan output dari resistor (V) Vin=Tegangan sumber (V) R1 dan R2=Resistor (Ω)

Perhitungan Daya reaktif yaitu;

Q = 3V L − L I L − L sin ϕ Q = 3 * 380 * 5,99 * 0,97 Q = 3753,45 var Perhitungan daya semu yaitu;

S = 3V L − L I L − L S = 3 * 380 * 5,99 S = 3869,54VA Perhitungan factor daya yaitu;

dayaaktif P = dayasemu S 830,21 powerfaktor cos ϕ = 3869,54 powerfaktor cos ϕ = 0,21

powerfaktor cos ϕ =

Target untuk memperbaiki factor daya hingga 0,99

Cosϕ1 = 0,21

Cosϕ 2 = 0,99 Tanϕ1 = 4,33 Tanϕ 2 = 0,14

Tabel 4.1 Data Sampling Pengukuran Sensor Tegangan Tegangan Tegangan Pada Output (Vdc) phasa R-N 0.35-0,94 S-N 0,35-0,95 T-N 0,33-094 4.2 Pengujian Sensor Frekuensi Sensor frekuensi menggunakan typical application dari IC LM2917. Sensor mendeteksi frekuensi pada motor. Frekuensi yang masuk ke sensor dikonversikan ke dalam bentuk tegangan dc, yang kemudian masuk ke ADC. Sesuai dengan datasheet, sensor frekuensi menghasilkan output tegangan sebesar 1 Vdc apabila diberi input frekuensi sebesar 66 Hz (Vout=66Hz/V). Apabila frekuensi pada generator sebesar 50 Hz, maka output tegangan pada sensor frekuensi dapat dihitung dengan menggunakan perbandingan :

66 1 = ....................................... ..(4.2) 50 x dimana, x = output tegangan pada saat frekuensi 50 Hz

Untuk medapatkan daya reaktif pada kapasitor untuk memperbaiki faktor daya adalah dengan perumusan sebagai berikut.

QC = P * (tan ϕ1 − tan ϕ 2)[var]

QC = 830,21 * (4,33 − 0,14)[var ] QC = 3478,5 var 4. Pengujian 4.1 Pengujian Sensor Tegangan Pengujian tegangan digunakan voltage divider sebagai sensor tegangan.

Gambar 4.2 Rangkaian sensor frekuensi Tabel 4.2 Data Sampling Pengukuran Sensor Frekuensi Frekuensi Input (Hz)

Gambar 4.1 Sensor Tegangan

48 49 50 51

Tegangan Output (Vdc) 0.750 0.766 0,785 0.803


4.3 Pengujian Sensor Arus Sensor hall effect digunakan untuk mensensor kuat medan magnet dengan sensitifitas 13mV/G. Jadi setiap terjadi perubahan 1 Gauss maka Output dari sensor hall effect mengalami kenaikan sebesar 13mV. Sensor hall effect memiliki default keluaran sebesar -+ 2,5V pada saat 0 Gauss.

A1-5

Tabel 4.4 Prosentase Error antara cos φ meter dengan output rangkaian x-or

Gambar 4.3 Letak sensor

Gambar4.4 Rangkaian simulasi penyearah Tabel 4.3 Data Sampling Pengukuran Sensor Arus1 Arus Pada Phasa R S T

Vout sensor (Vdc) 2,551-2,723 2,521-2,718 2,560-2,724

4.4 Pengujian Zero Crossing Untuk mengubah tegangan yang masuk dari sensor tegangan dan sensor arus berupa gelombang sinus menjadi gelombang kotak maka diperlukan rangkaian zero crossing detector dengan mengggunakan IC LM358.

Gambar 4.6 Integrasi keypad, LCD pada mikrokontroller 4.5. Data Sistim Monitoring Tabel 4.5 Hasil simulasi menggunakan PSIM Step

Pf

P (W)

S (VA)

0 1 2

0,22 0,40 0,99

872,18 879,5 887,26

3858 2134,22 896,66

Q (VAR) 3760,3 1945,6 131,11

Tabel 4.6 Data hasil perhitungan secara teori Step Pf W VA VAR 0 0,21 830,21 3869,54 3753,45 1 0,99 830 8368,35 10,15

Gambar 4.5 Rangkaian zero crossing detector

Tabel 4.7 Hasil perbaikan faktor daya yang ditampilkan pada visual basic Step Pf W VA VAR 0 0,22 867,11 3941,40 3823,16 1 0,40 878,61 2196,54 1998,85 2 0,99 876,09 884,84 88,49


4.5. Tampilan Hasil Perbaikan Factor Daya Menggunakan Visual Basic (VB)

Gambar 4.7 Tampilan pada VB factor daya pada saat tanpa kompensasi kapasitor

A1-6

5. Kesimpulan Setelah melakukan perencanaan dan pembuatan sistem kemudian dilakukan pengujian dan analisa, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1.Tegangan masukan pada sensor frekuensi tidak boleh melebihi dari 1.5 Vac.Sensor frekuensi memiliki prosentase error antara 0.15% – 4.2%. 2. Sensor arus mengalami kenaikan sekitar 10 mV setiap terjadi perubahan arus sebesar 0,1 Ampere. Sensor arus memiliki prosentase error antara 0.2% 2.2 %. 3. Sensor tegangan mengalami kenaikan sekitar 0.06 V setiap terjadi perubahan tegangan sebesar 10 V. Sensor tegangan memiliki prosentase error 8% - 26 %. 4. Zero crossing detector mempunyai ratarata error pembacaan beda fasa sebesar 12.02%. 5. Sistem dapat memperbaiki faktor daya beban. Dari factor daya awal 0.22, dapat diperbaiki menjadi 0.99.

DAFTAR PUSTAKA

Gambar 4.17 Tampilan pada VB hasil perbaikan factor daya saat menggunakan kompensasi kapasitor step 1

Gambar 4.17 Tampilan pada VB hasil perbaikan factor daya saat menggunakan kompensasi kapasitor step 2

1. Power Factor Regulator (PFR) menggunakan PLC, EEPIS Jurnal 2001, volume 6, Yahya Chusna Asrif, Indhana Sudiharto 2. Seimen journal, Malaga seminar, Spanyol, 2003 3. Scheneider journal, King Mongkut University seminar, Bangkok, 2004 4. Jinn-Chang Wu, Hurng-Liahng Jou, Kuen-Der Wu, and Nan-Tsun Shen,” Hybrid Switch to Suppress the Inrush Current of AC Power Capacitor”, IEEE Transactions On Power Delivery, Vol. 20, No. 1, January 2005 5. J. H. Tovar-Hernández, C. R. Fuerte-Esquivel, dan V. M. Chavéz-Ornelas, ‘’ Modeling of Static VAR’s Compensators in Fast Decoupled Load Flow “IEEE Transactions On Power Systems, Vol. 20, No. 1, February 2005. 6. Theodora R.Bosela, “Introduction Electrical Power Sytem Tecnology, Printice Hall, unitet State of America, 1997 7. Indhana Sudiarto, Mochamad Ashari “Desain Soft Switch Static Var Compensator untuk mengurangi Inrush Current pada Kapasitor Bank”, Seminar Nasional Pasca Sarjana VI, 2006, Volume 1 hal 6-19 8. Yahya Chusna Arif, buku diktat kualitas daya PENS,

Sistem Monitoring Hasil Penerapan Static Var Compensator Pada Motor Induksi 3 Phase

Recommend Documents