SKRIPSI ANALISIS LOSSES DAN DERATING AKIBAT PENGARUH THD (TOTAL HARMONIC DISTORTION) PADA TRANSFORMATOR DISTRIBUSI DI FAKULTAS TEKNIK (F1, F3, F4, G5, DAN G6) UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA
DISUSUN OLEH : RADEN SAIFUL GHAZI ‘ADILIN NIM : 20130120070
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA 2017
i
HALAMAN PENGESAHAN I
SKRIPSI ANALISIS LOSSES DAN DERATING AKIBAT PENGARUH THD (TOTAL HARMONIC DISTORTION) PADA TRANSFORMATOR DISTRIBUSI DI FAKULTAS TEKNIK (F1, F3, F4, G5, DAN G6) UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA
DISUSUN OLEH : RADEN SAIFUL GHAZI ‘ADILIN NIM : 20130120070
Telah diperiksa dan disetujui :
Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
(Dr. Ramadhoni Syahputra, S.T., M.T.)
(Rahmat Adiprasetya, S.T., M.Eng
NIK 19741010201010123057
NIK 197511112005011002
ii
HALAMAN PENGESAHAN II
SKRIPSI ANALISIS LOSSES DAN DERATING AKIBAT PENGARUH THD (TOTAL HARMONIC DISTORTION) PADA TRANSFORMATOR DISTRIBUSI DI FAKULTAS TEKNIK (F1, F3, F4, G5, DAN G6) UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA
Skripsi ini telah dipertahankan dan disahkan didepan dewan penguji Pada tanggal 22 April 2017
Dewan Penguji : Dr.Ramadoni Syahputra, S.T., M.T. Pembimbing 1
(.......................)
Rahmat Adiprasetya A.H., S.T., M. Eng. Pembimbing 2
(.......................)
Rama Okta Wiyagi, S.T, M. Eng Penguji 1
(.......................)
Mengetahui : Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
(Ir. Agus Jamal, M.Eng)
iii
PERNYATAAN
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi ini adalah asli hasil karya saya dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di Perguruan Tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis disebutkan sumbernya dalam naskah dan dalam daftar pustaka
Yogyakarta,................................
Raden Saiful Ghazi ‘Adilin
iv
MOTTO
Hidup awalnya hanya mempunyai dua warna, yaitu HITAM dan PUTIH. Dari dua warna itulah bila dipadukan dengan bijaksana akan menghasilkan berbagai warna dalam kehidupan. Tergantung bagaimana setiap individu menyikapinya. Seperti halnya pelangi yang datang setelah mendung dan hujan pergi.
-Raden Saiful Ghazi ‘Adilin-
v
PERSEMBAHAN Alhamdulillahirobbil ‘alamin, segala puji untuk Mu Ya Rabb atas segala kemudahan, limpahan rahmat dan karunia yang Engkau berikan selama ini. Teriring Doa, rasa syukur dan segala kerendahan hati. Dengan segala cinta dan kasih sayang kupersembahkan karya sederhana ini untuk orang – orang yang akan selalu berharga dalam hidupku Ayahanda R. Imam Sumarma Edi, S.T., dan Ibunda Musri Idawati. Ibuku tercinta yang rela berjuang dan mengorbankan segalanya untuk kesuksesan anaknya. Dari ananda kecil hingga ananda dewasa tiada pernah berubah. Ananda akan menjadi yang terbaik. Ananda akan membuatmu bahagia. Dan untuk bapak terimakasih telah mengajariku arti hidup, kelak bisa meringankan langkahmu, ananda cinta kepada ayah dan ibu.
vi
ABSTRAK Tingkat harmonisa yang tinggi sangat berpengaruh pada transformator, dan kinerja transfomator ditentukan melalui parameter rugi – rugi daya (losses) yang terjadi pada transformator serta penurunan kapasitas kerja (derating) yang dapat terjadi akibat distorsi harmonisa tersebut. Dalam penelitian ini dilakukan analisis THD (Total Harmonic Distortion) hasil pengukuran dan simulasi dengan standar IEEE 519 – 1992, analisis losses pada transformator setelah terpengaruh harmonisa, analisis derating yang terjadi pada transformator, serta analisis penambahan losses akibat THD arus. Hasil analisis menunjukkan bahwa nilai THD tegangan pada setiap fasa Sub Distribution Panel memiliki nilai THD tegangan yang memenuhi standar, hasil pengukuran THD arus sebagian besar tidak memenuhi standar. Hasil analisa losses akibat harmonisa sebesar 2,25 kW/hari. Derating yang terjadi pada transformator adalah sebesar 403,24 kW. Kata Kunci : Total Harmonic Distortion, losses, derating
vii
ABSTRACT
High level of harmonics is very influential on the transformer, and the transformer performance parameters are determined through loss - power losses that occur on the transformer and a decrease in working capacity (derating) which may occur as a result of the harmonic distortion. In this research, analysis of THD (Total Harmonic Distortion) measurement and simulation results with the IEEE 519-1992, analysis of losses in the transformer after affected harmonics, derating analysis that occurs on the transformer, as well as the analysis of additional losses due to current THD. The analysis showed that the value of the voltage across each phase THD Sub Distribution Panel, THD voltage has a value that meets the standard, current THD measurement results mostly not meet the standards. Results of analysis of losses due to harmonics of 2.25 kW/day. Derating that occurs in the transformer is equal to 403.24 kW. Keyword : Total Harmonic Distortion, losses, derating
viii
KATA PENGANTAR Alhamdulillahi Rabbil ‘Alamin penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, berkat rahmat dan hidayah – Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul : Studi analisis losses dan derating akibat pengaruh THD ( Total Harmonic Distortion ) pada transformator daya di Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta. Penulisan tugas akhir ini memberikan pokok – pokok bahasan tugas akhir yang meliputi tentang pengaruh distorsi harmonik terhadap kinerja trafo daya di fakultas teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta. Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini tidak terlepas dari bimbingan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar – besarnya kepada : 1. Direktur Universitas Muhammadiyah Yogyakarta. 2. Ir. Agus Jamal, M.Eng, selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro. 3. Rahmat Adiprasetya A.H., S.T., M.Eng selaku Dosen Pembimbing Akademik. 4. Dr. Ramadoni Syahputra, S.T, M.T, selaku pembimbing I, yang telah memberikan bimbingan – bimbingan dan masukan – masukan selama pembuatan tugas akhir ini. 5. Rahmat Adiprasetya A.H, S.T, M.Eng, selaku dosen pembimbing II, yang telah memberikan bimbingan – bimbingan dan masukan – masukan selama pembuatan tugas akhir ini. 6. Selaku
Dosen
Penguji
Pendadaran
yang
berkenan
membimbing
dan
merngarahkan penulis, sehingga tugas akhir ini dapat selesai. 7. Bagus Subandono, selaku pimpinan Biro Aset Universitas Muhammadiyah Yogyakarta yang telah mengijinkan penulis untuk melaksanakan penelitian tugas akhir. 8. Kepada kedua orang tua saya dan saudara saya yang sudah memberikan masukan serta dukungan dalam penyusunan tugas akhir ini. 9. Sahabat dan teman yang telah memberikan dukungan dalam penyusunan tugas akhir ini.
ix
10. Untuk Endy Noviantoro P., Yusuf Fakhrur A.K.A Ucup, dan Suko Fajar A. A.K.A Anu yang telah memberikan dukungan dalam penyusunan tugas akhir ini. 11. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu – persatu, baik langsung maupun tidak langsung membantu dalm penulisan tugas akhir ini.
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih banyak kekurangan. Hal ini dikarenakan pengetahuan penulis yang terbatas. Untuk itu diperlukannya saran dan masukan demi sempurnanya penyusunan tugas akhir ini. Akhir kata penulis berharap semoga tugas akhir ini bermanfaat bagi pembaca dan semua pihak yang berkepentingan dengan tugas akhir ini.
Yogyakarta, ...........................2017
Raden Saiful Ghazi ‘Adilin 20130120070
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .................................................................................................. i HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................................ii HALAMAN PERNYATAAN ....................................................................................iv MOTTO .......................................................................................................................v HALAMAN PERSEMBAHAN .................................................................................vi ABSTRAK ...................................................................................................................vii KATA PENGANTAR ................................................................................................ix DAFTAR ISI ...............................................................................................................xi DAFTAR GAMBAR ..................................................................................................xiv DAFTAR TABEL .......................................................................................................xv BAB I PENDAHULUAN ...........................................................................................1 1.1 Latar Belakang ..............................................................................................1 1.2 Rumusan Masalah .........................................................................................2 1.3 Batasan Masalah............................................................................................2 1.4 Tujuan Penelitian ..........................................................................................2 1.5 Metodologi Penelitian ...................................................................................2 1.6 Sistematika Penulisan ...................................................................................3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI .................................5 2.1 Tinjauan Pustaka ...........................................................................................5 2.2 Landasan Teori ..............................................................................................6 2.2.1 Beban Linier dan Non – Linier .......................................................6 2.2.1.1 Beban Linier ........................................................................6 2.2.1.2 Beban Non – Linier .............................................................7 2.2.2 Definisi Harmonisa .........................................................................8 2.2.3 Indeks Harmonisa ...........................................................................10 2.2.4 Standar Harmonisa yang Diijinkan .................................................11 2.2.4.1 Batas Distorsi Tegangan Harmonisa Utility ........................11
xi
2.2.4.2 Batas Distorsi Arus Harmonisa Utility ................................12 2.2.5 Pengaruh Harmonisa Pada Transformator .....................................13 2.2.5.1 Pengaruh Harmonik pada Rugi Belitan ...............................14 2.2.5.2 Pengaruh Harmonik pada Rugi Arus Eddy .........................14 2.2.5.3 Pengaruh Harmonik pada Rugi Sasar Lainnya ...................15 2.2.6 Akibat yang Ditimbulkan Oleh Harmonik .....................................16 2.2.7 Derating Kapasitas Trafo ...............................................................16 2.2.8 Program ETAP (Electric Transient and Analysis Program) ..........17 2.2.8.1 Komponen AC Proteksi Sistem Tenaga Listrik ..................20 2.2.8.2 Komponen - komponen di ETAP ........................................21 2.2.8.3 Elemen Aliran Daya ............................................................22 2.2.9 Power Quality Analyzer .................................................................22 2.2.10 Hipotesis .........................................................................................25 BAB III METODOLOGI PENELITIAN .................................................................26 3.1 Alat dan Bahan ..............................................................................................26 3.1.1 Alat ...................................................................................................26 3.1.2 Bahan ................................................................................................26 3.2 Metodologi Pengambilan Data ......................................................................27 3.2.1 Studi Kasus .....................................................................................28 3.2.2 Pengambilan Data ...........................................................................28 3.2.3 Rekapitulasi Data ............................................................................29 3.2.4 Pengolahan Data .............................................................................29 3.2.5 Analisis ...........................................................................................29 3.3 Analisis..........................................................................................................30 3.3.1 Pengumpulan Data ..........................................................................31 3.3.2 Single Line Diagram .......................................................................31 3.3.3 Simulasi Dengan Perangkat Lunak ETAP ......................................31 3.3.4 Analisis ...........................................................................................31 3.4 Cara Analisis .................................................................................................31 3.5 Alasan Pemilihan Metodologi yang Digunakan ...........................................32
xii
BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN .............................................................33 4.1 Gambaran Umum Fakultas Teknik UMY .....................................................33 4.1.1 Sejarah ............................................................................................33 4.1.2 Visi dan Misi ..................................................................................34 4.1.2.1 Visi .......................................................................................34 4.1.2.2 Misi ......................................................................................34 4.1.2.3 Tujuan ..................................................................................35 4.2 Penyajian Data dan Analisa ..........................................................................35 4.2.1 Data Teknik Transformator ............................................................35 4.2.2 Total Beban yang Digunakan yang Diukur pada Setiap SDP (Sub Distribution Panel) ................................................................36 4.2.3 Batas Maksimum THDI di Fakultas Teknik...................................38 4.2.4 Batas Maksimum THDV di Fakultas Teknik UMY........................42 4.2.5 Single Line Diagram Sistem ..........................................................44 4.2.6 Analisis dan Pembahasan ...............................................................45 4.2.6.1 Analisis THDV dan THDI dengan Simulasi ETAP ..............45 4.2.6.2 Analisis THDV dan THDI dari Hasil Pengukuran ................53 4.2.6.2.1 Analisa THDV Hasil Pengukuran ..........................53 4.2.6.2.2 Analisa THDI Hasil Pengukuran ...........................54 4.2.6.2.3 Analisis Harmonik pada Trafo ..............................57 4.2.6.2.4 Analisis Derating ..................................................63 BAB V PENUTUP ......................................................................................................64 5.1 Kesimpulan ...................................................................................................64 5.2 Saran ..............................................................................................................66 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Bentuk Gelombang Arus dan Tegangan dengan Beban Linier ............6
Gambar 2.2
Gelombang Tegangan dan Arus Beban Non – Linier ...........................7
Gambar 2.3
Gelombang Fundamental Terdistorsi Harmonik Ke – 3 .......................9
Gambar 2.4
Komponen AC di ETAP .......................................................................20
Gambar 2.5
Simbol Generator di ETAP ...................................................................20
Gambar 2.6
Simbol Beban Statis dan Dinamis di ETAP .........................................20
Gambar 2.7
Simbol Pemutus Rangkaian di ETAP ...................................................21
Gambar 2.8
Simbol Bus di ETAP.............................................................................21
Gambar 2.9
Simbol Transformator 2 Kawat di ETAP .............................................21
Gambar 2.10 Toolbar Load Flow di ETAP ................................................................22 Gambar 2.11 PowerPad Model 3945 – B...................................................................23 Gambar 2.12 Tampilan dari PowerPad model 3945 – B ...........................................24 Gambar 3.1
Diagram Alir Pengumpulan Data..........................................................27
Gambar 3.2
Diagram Alir Penelitian ........................................................................30
Gambar 4.1
Data Teknik Transformator...................................................................36
Gambar 4.2
Diagram Satu Garis Pembebanan di Fakultas Teknik ..........................44
Gambar 4.3
Hasil Simulasi .......................................................................................45
Gambar 4.4
Running Spectrum pada MDPPusat dan SDP 1.1 ....................................46
Gambar 4.5
Running Waveform MDPpusat dan SDP 1.1 ...........................................47
Gambar 4.6
Running Spectrum pada MDPPusat dan SDP 1.2 ....................................47
Gambar 4.7
Running Waveform MDPPusat dan SDP 1.2 ...........................................48
Gambar 4.8
Running Spectrum MDPPusat dan SDP 1.3.............................................48
Gambar 4.9
Running Waveform MDPPusat dan SDP 1.3 ...........................................49
Gambar 4.10 Running Spectrum MDPPusat dan SDP 2.1.............................................49 Gambar 4.11 Running Waveform MDPPusat dan SDP 2.1 ...........................................50 Gambar 4.12 Running Spectrum MDPPusat dan SDP 2.2.............................................50 Gambar 4.13 Running Waveform MDPPusat dan SDP 2.2 ...........................................51
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
IEEE Standar 519 – 1992, Standar Batas Distorsi Tegangan Harmonisa Maksimum ..........................................................................12
Tabel 2.2
IEEE Standar 519 -1992, Standar Batas Distorsi Arus Harmonisa Maksimum ..........................................................................12
Tabel 2.3
Typical Values of PEC-R .........................................................................15
Tabel 4.1
Penggunaan Beban Pada Fakultas Teknik Setiap SDP .........................37
Tabel 4.2
Hasil ISC, IL, SCRatio pada setiap SDP di Fakultas Teknik.....................38
Tabel 4.3
Batas Maksimum THDI menurut IEEE Standard 519 – 1992 di Fakultas Teknik.................................................................................40
Tabel 4.4
Perbandingan THDI Pengukuran dengan IEEE Standar 519-1992.......41
Tabel 4.5
Hasil Pengukuran THDV di Fakultas Teknik ........................................42
Tabel 4.6
Perbandingan THDV Pengukuran dengan IEEE Standard 519-1992 ....43
Tabel 4.7
Hasil THDI dan THDV dari Simulasi ....................................................46
Tabel 4.8
Perbandingan THDV Antara Hasil Running Menggunakan Simulasi dengan Standar IEEE 519-1992 .............................................51
Tabel 4.9
Perbandingan THDI Antara Hasil Running Menggunakan Simulasi dengan Standard IEEE 519-1992 ...........................................52
Tabel 4.10
Hasil Pengukuran THDV di Setiap SDP ...............................................53
Tabel 4.11
Hasil Pengukuran THDI di Setiap SDP .................................................55
Tabel 4.12
Hasil Pengukuran THDV dan THDI pada Trafo ...................................57
Tabel 4.13
Arus Harmonisa dalam Satuan Per-unit pada Phasa R .........................59
Tabel 4.14
Arus Harmonisa dalam Satuan Per-unit pada Phasa S..........................60
Tabel 4.15
Arus Harmonisa dalam Satuan Per-unit pada Phasa T .........................61
Tabel 4.16
Hasil Perhitungan Losses setiap Phasa .................................................62
xv
