Hasil Eksperimen dan Pembahasan - HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.2. Hasil Eksperimen dan Pembahasan

4.2.1. Sebelum pengurangan harmonisa

Data-data hasil pengukuran yang dilakukan terhadap besaran-besaran listrik sebelum pengurangan harmonisa dengan beban seimbang dimuat dalam Tabel 4.8 sementara hasil pengukuran berupa bentuk gelombang arus fasa S dan netral sistem dan spektrum arus harmonisanya diperlihatkan pada Gambar 4.8 dan Gambar 4.9.

Tabel 4.8 Hasil Pengukuran Sebelum Pengurangan Harmonisa Besaran Fasa R Fasa S Fasa T Netral

Frekuensi (Hz) 50,276 Tegangan rms (V) 213,22 213,06 213,88 0,65 Arus rms (A) 1,238 1,227 1,211 1,986 THD arus (%) 73,7 74,3 73 6457,5 Cos φ (DPF) 0,96 0,95 0,95 - Power Factor 0,74 0,72 0,73 -

Dari Tabel 4.8 dapat dilihat bahwa tegangan masing-masing fasa ke netral dan arus jala-jala sistem untuk masing-masing fasa R, S dan T adalah relatif seimbang. Akan tetapi meskipun bebannya seimbang namun arus netral cukup besar nilainya yaitu 1,62 kali dari rata-rata arus fasa. Hal ini dapat dimengerti karena beban yang digunakan dalam eksperimen ini berupa lampu hemat energi yang dipasang antara masing-masing fasa ke netral pada sistem tiga fasa empat kawat. Lampu hemat energi termasuk kategori beban nonlinear sehingga merupakan sumber arus harmonisa. Seperti terlihat pada Gambar 4.8 distorsi arus jala-jala sistem terdiri dari harmonisa urutan positif (orde ke-7, 13, 19, dan seterusnya), harmonisa urutan nol (orde ke-3, 9, 15 dan seterusnya) dan harmonisa urutan negatif (orde ke-5, 11, 17, dan seterusnya). Pada fasa-fasa R, S, dan T arus harmonisa urutan positif dan negatif mampunyai magnitud yang relatif sama tapi mempunyai perbedaan sudut fasa sebesar 120⁰ sedangkan arus harmonisa urutan nol mempunyai magnitud dan sudut fasa yang relatif sama. Sebagai konsekuensinya, pada penghantar netral arus harmonisa urutan

positif dan negatif relatif kecil nilainya karena dijumlahkan secara vektor sedangkan harmonisa urutan nol besar nilainya karena dijumlahkan secara aljabar. Itu sebabnya arus netral didominasi oleh arus harmonisa urutan nol seperti ditunjukkan pada spektrum arus netral dalam Gambar 4.9b.

Tingkat kandungan arus harmonisa di jala-jala sistem (THD) sebelum pengurangan harmonisa cukup tinggi yaitu sebesar 74,3%. Pada netral nilai ini lebih tinggi lagi yaitu sebesar 6457,5%, artinya akar pangkat dua dari jumlah kuadrat dari masing masing arus harmonisa pada netral mencapai hampir 65 kali dari arus fundamentalnya. Hal ini dapat dimaklumi karena pada penghantar netral mengalir arus harmonisa urutan nol yang besar, jauh lebih besar dari yang terdapat pada penghantar fasa.

Faktor daya sistem sangat rendah yaitu hanya 0,74 dan dengan faktor pergeseran fasa (displacement power factor) atau cos φ hampir mendekati satu yakni 0,96. Faktor daya merupakan perbandingan antara daya aktif (W) dengan daya total (VA) termasuk kontribusi dari semua komponen harmonisa. Sedangkan cos φ adalah perbandingan antara daya aktif dengan daya total pada frekuensi fundamental.

(a) Bentuk Gelombang Arus Fasa S

(b) Spektrum Harmonisa Arus Fasa S

Gambar 4.8. Sebelum Pengurangan Harmonisa dengan Beban Seimbang: (A) Bentuk Gelombang Arus Jala-Jala Fasa S; (B) Spektrum Arus Harmonisanya

(a) Bentuk Gelombang Arus Netral

(b) Spektrum Harmonisa Arus Netral Gambar 4.9. Sebelum Pengurangan Harmonisa:

(A) Bentuk Gelombang Arus Netral; (B) Spektrum Harmonisanya

4.2.2. Pengurangan arus harmonisa urutan nol oleh transformator zig-zag

Hasil pengukuran besaran listrik setelah pengurangan arus harmonisa dengan beban seimbang diperlihatkan dalam Tabel 4.9 dan hasil pengukuran berupa bentuk

gelombang arus fasa R dan netral sistem dan spektrum arus harmonisanya diperlihatkan pada Gambar 4.10 hingga Gambar 4.12.

Tabel 4.9 Hasil Pengukuran Setelah Pengurangan Harmonisa Oleh Transformator Zig-Zag

Besaran Fasa R Fasa S Fasa T Netral

Frekuensi (Hz) 50,035 Tegangan rms (V) 214,74 212,69 213,41 0,16 Arus rms (A) 1,090 1,080 1,124 0,357 THD arus (%) 46,6 47,7 46,1 524 Cos φ (DPF) 0,93 0,93 0,94 - Power Factor 0,84 0,84 0,85 -

Dari data hasil pengukuran terlihat bahwa nilai arus pada masing-masing fasa R, S dan T berturut-turut adalah 1,090 A, 1,080 A dan 1,124 A serta THD arus pada masing-masing fasa tersebut adalah 46,6%, 47,7% dan 46,1%. Jadi setelah pemasangan transformator zig-zag terjadi pengurangan arus pada setiap fasa sistem rata-rata 10 %. Ini disebabkan karena sebagian besar arus harmonisa urutan nol dikembalikan ke beban oleh transformator zig-zag sehingga arus harmonisa urutan nol pada jala-jala sistem berkurang. Pengurangan arus harmonisa ini menyebabkan arus netral juga berkurang yakni dari 1,986 A pada kondisi semula menjadi 0,357 A. Ini berarti terjadi pengurangan arus netral sebesar 82 %. Jika dikaitkan dengan Persamaan (2.23) dimana efektifitas dari pengurangan arus harmonisa urutan nol tergantung pada nilai reaktansi bocor (impedansi urutan nol) dari transformator

zig-80

zag maka dapat dinyatakan bahwa dengan reaktansi bocor rata-rata sebesar 0,0854 ohm perfasa, transformator zig-zag mampu mengurangi arus netral sebesar 82 %. Kemudian dapat dilihat bahwa perbandingan antara arus netral dengan rata-rata arus fasa adalah 32 %, nilai ini masih diatas persentase yang diusulkan oleh Liew yaitu 20 % [1]. Akan tetapi kalau mengacu ke PUIL 2000 [21] nilai ini sudah berada pada batas yang disyaratkan yaitu 50 %.

Bentuk gelombang arus di jala-jala sistem setelah pengurangan arus harmonisa dengan menggunakan transformator zig-zag kelihatannya masih terdistorsi seperti ditunjukkan pada Gambar 4.10. Dari spektrum arus harmonisanya terlihat bahwa distorsi arus jala-jala sistem sudah tidak lagi didominasi oleh arus harmonisa urutan nol melainkan oleh arus harmonisa urutan positif dan negatif.

Pengurangan arus harmonisa urutan nol pada jala-jala sistem menimbulkan peningkatan pada power factor. Semula power factor 0,73 setelah pengurangan harmonisa arus power factor menjadi 0,84.

Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa arus yang mengalir pada transformator zig-zag hanyalah arus harmonisa urutan nol saja. Bentuk gelombang arus netral pada transformator zig-zag dan spektrumnya seperti ditunjukkan pada Gambar 4.12 membuktikan hal tersebut. Nilai arus netral pada transformator zig-zag adalah 1,916 A. Jadi sebagian besar arus harmonisa yang berasal dari beban mengalir melalui transformator zig-zag kembali ke beban.

(a) Bentuk Gelombang Arus Fasa R Pada Sisi Sumber

(b) Spektrum Harmonisa Arus Fasa R Pada Sisi Sumber

Gambar 4.10. Setelah Pengurangan Harmonisa Oleh Transformator Zig-Zag: (A) Bentuk Gelombang Arus Jala-Jala Fasa R Pada Sisi Sumber;

(a) Bentuk Gelombang Arus Netral Pada Sisi Sumber

(b) Spektrum Harmonisa Arus Netral Pada Sisi Sumber

Gambar 4.11. Setelah Pengurangan Harmonisa Menggunakan Transformator Zig Zag: (A) Bentuk Gelombang Arus Netral Pada Sisi Sumber; (B) Spektrum Arus

(a) Bentuk Gelombang Arus Netral Pada Transformator Zig-Zag

(b) Spektrum Harmonisa Arus Netral Pada Transformator Zig-Zag Gambar 4.12. Setelah Pengurangan Harmonisa Menggunakan Transformator Zig-Zag: (A) Bentuk Gelombang Arus Netral Pada Transformator Zig-Zag; (B) Spektrum

4.2.3. Pengurangan arus harmonisa urutan nol menggunakan kombinasi transformator zig-zag dan zero sequence blocking transformer

Penggunaan transformator zig-zag dengan belitan bifilar yang digunakan untuk mengurangi arus netral pada kondisi beban seimbang dan tidak seimbang sebenarnya sudah cukup efektif mengurangi arus netral yakni sebesar 80 %. Sementara itu perbandingan antara arus netral dengan arus fasa adalah 32 %. Meskipun menurut PUIL 2000 [21] nilai ini sudah memenuhi persyaratan namun menurut Liew [1] nilai ini sebaiknya 20 %. Jadi nilai perbandingan antara arus netral dengan arus fasa yang diperoleh pada peneltian ini masih lebih besar dari yang diusulkan oleh Liew.

Berdasarkan pengamatan pada spektrum arus fasa jala-jala sistem yang terkait dengan pengurangan arus netral dengan menggunakan transformator zig-zag (Gambar 4.10) terlihat bahwa arus fasa masih mengandung komponen arus harmonisa urutan nol. Selama arus fasa mengandung arus harmonisa urutan nol maka selama itu pula terdapat arus pada penghantar netral karena pada penghantar netral arus-arus urutan nol ini dijumlahkan secara aljabar. Oleh sebab itu untuk lebih mengurangi arus netral dilakukan upaya dengan mengurangi arus harmonisa urutan nol pada arus fasa yaitu dengan menggunakan kombinasi zero sequence blocking transformer dengan transformator zig-zag.

Pada penelitian ini digunakan zero sequence blocking transformer yang terdiri dari tiga buah transformator satu fasa masing-masing 500 VA; 133/133 Volt dengan impedansi urutan nol 3,5409 H perfasa. Transformator zig-zag yang digunakan mempunyai spesifikasi yang sama dengan yang digunakan pada eksperimen sebelumnya.

Hasil pengukuran besaran listrik setelah pengurangan arus harmonisa urutan nol dengan menggunakan kombinasi transformator zig-zag dan zero sequence

blocking transformer dengan beban seimbang diperlihatkan dalam Tabel 4.10. Hasil

pengukuran berupa bentuk gelombang arus fasa R, arus netral pada sisi sumber serta arus netral pada transformator zig-zag dan masing-masing spektrum arus harmonisanya, diperlihatkan pada Gambar 4.13 hingga Gambar 4.15.

Tabel 4.10 Hasil Pengukuran Setelah Pengurangan Arus Harmonisa Urutan Nol Menggunakan Kombinasi Transformator Zig-Zag dan Zero Sequence Blocking

Transformer

Besaran Fasa R Fasa S Fasa T Netral

Frekuensi (Hz) 50,148 Tegangan rms (V) 212,27 211,57 210,98 0,10 Arus rms (A) 1,049 1,038 1,042 0,057 THD arus 35,4% 34,7% 33,6% 67,7% Cos φ (DPF) 1,00 0,99 1,00 - Power Factor 0,93 0,93 0,94 -

Dari data pengukuran ini terlihat bahwa hasil pengurangan arus harmonisa urutan nol di jala-jala sistem sangat memuaskan. Pengurangan arus harmonisa urutan nol ini berdampak pada pengurangan arus netral. Dari Tabel 4.8 dan Tabel 4.10 dapat diketahui bahwa pada kondisi beban seimbang terjadi pengurangan arus netral dari 1,986 A menjadi 0,057 A, artinya telah terjadi pengurangan arus netral sebesar 97,1 %. Pengurangan juga terjadi pada arus fasa yakni rata-rata 15 %. Kemudian perbandingan antara arus netral dengan rata-rata arus fasa adalah 5,5 %. Nilai ini jauh lebih kecil dari nilai maksimum yang diusulkan oleh Liew [1]. Ini membuktikan bahwa kombinasi transformator zig-zag dengan zero sequence blocking transformer

sangat efektif untuk mengurangi arus harmonisa urutan nol yang sekaligus berarti juga mengurangi arus netral.

Bentuk gelombang arus di jala-jala sistem setelah pengurangan arus harmonisa urutan nol dengan menggunakan kombinasi transformator zig-zag dan zero

sequence blocking transformer kelihatannya masih terdistorsi seperti ditunjukkan

pada Gambar 4.13 tetapi sudah lebih baik daripada sebelumnya. Dari spektrum arus harmonisanya terlihat bahwa komponen arus harmonisa urutan nol yakni harmonisa orde ke-3, 9, 15 dan 21 sudah sangat kecil sekali yakni berturut 9,68 mA, 5,24 mA, 1,05 mA dan 0,97 mA. Berarti setelah menggunakan zero sequence blocking

transformer sudah terjadi pengurangan arus harmonisa urutan nol pada fasa jala-jala

pada Gambar 4.14. Komponen arus harmonisa yang tersisa adalah komponen arus harmonisa orde 5, 7 dan 11 yang cukup signifikan.

Tingkat kandungan arus harmonisa di jala-jala sistem (THD) setelah pengurangan harmonisa arus urutan nol semakin turun yaitu menjadi 34,7 %. Ini disebabkan komponen arus urutan nol semakin kecil. Pada netral nilai ini menjadi 67,7 %. Faktor daya sistem naik menjadi 0,93 dan faktor pergeseran fasa

(displacement power factor) atau cos φ menjadi 1.

(b) Spektrum Harmonisa Arus Fasa R Pada Sisi Sumber

Gambar 4.13. Setelah Pengurangan Harmonisa Oleh Kombinasi Transformator Zig-Zag Dan Zero Sequence Blocking Transformer: (A) Bentuk Gelombang Jala-Jala

Fasa R Pada Sisi Sumber; (B) Spektrum Arus Harmonisanya

(b) Spektrum Harmonisa Arus Netral Pada Sisi Sumber

Gambar 4.14. Setelah Pengurangan Harmonisa Oleh Kombinasi Transformator Zig-Zag dan Zero Sequence Blocking Transformer: (A) Bentuk Gelombang Arus Netral

Pada Sisi Sumber; (B) Spektrum Arus Harmonisanya

Dengan pemasangan zero sequence blocking transformer pada sisi sumber, arus harmonisa urutan nol yang akan mengalir menuju sumber di hadang oleh ZSBT tersebut sehingga arus harmonisa urutan nol tersebut dipaksa mengalir melalui transformator zig-zag kembali ke beban. Akibatnya arus yang mengalir melalui transformator zig-zag semakin besar. Dari Gambar 4.15 dapat dilihat bahwa arus yang mengalir melalui netral transformator zig-zag semakin besar setelah transformator zig-zag dikombinasikan dengan zero sequence blocking transfomer

(a) Bentuk Gelombang Arus Netral Pada Transformator Zig-Zag

(b) Spektrum Harmonisa Arus Netral Pada Transformator Zig-Zag

Gambar 4.15. Setelah Pengurangan Harmonisa Oleh Kombinasi Transformator Zig-Zag Dan Zero Sequence Blocking Transformer : (A) Bentuk Gelombang Arus Netral

Pada Transformator Zig-Zag; (B) Spektrum Arus Harmonisanya

4.2.4. Rangkuman hasil eksperimen

Rangkuman hasil pengukuran beberapa parameter penting pada keadaan sebelum, setelah pengurangan arus harmonisa urutan nol menggunakan transformator

zig-zag, dan kombinasi transformator zig-zag dan zero sequence blocking

transformer dengan beban seimbang melalui eksperimen dapat dilihat pada Tabel

4.11.

Tabel 4.11 Rangkuman Hasil Eksperimen

Besaran Sebelum Setelah Oleh Trafo Zig-zag Oleh Trafo ZZ dan ZSBT Arus Jala-jala (A) R = 1,238

S = 1,227 T = 1,211 R = 1,090 S = 1,080 T = 1,124 R = 1,049 S = 1,038 T = 1,042

Arus Netral (A) 1,986 0,357 0,057

Perbandingan arus netral dengan arus fasa (%) 162 32 5,5 Pengurangan arus netral (%) ^82,02 ^97,12 THD Arus ( % ) R = 73,7 S = 74,3 T = 73,0 N = 6457,5 R = 46,6 S = 47,7 T = 46,1 N = 524,0 R = 35,4 S = 34,7 T = 33,6 N = 67,7 Power Factor R : 0,74 S : 0,72 T : 0,73 R : 0,84 S : 0,84 T : 0,85 R : 0,93 S : 0,93 T : 0,94

BAB V

Dalam dokumen Pengurangan Arus Harmonisa Urutan Nol Dengan Zero Sequence Blocking Transformer Dan Transformator Zig-Zag Yang Menggunakan Tiga Buah Transformator Satu Fasa (Halaman 93-111)