Hasil Simulasi dan Pembahasan - HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil Simulasi dan Pembahasan

4.1.1. Tegangan sumber seimbang 4.1.1.1. Sebelum pengurangan

Spektrum arus fasa dan netral sebelum pengurangan arus harmonisa pada kondisi tegangan seimbang ditunjukkan pada Gambar 4.1. Nilai arus rms pada masing-masing fasa dan netral ditunjukkan pada Tabel 4.1.

Gambar 4.1 Spektrum Arus Fasa dan Netral Sebelum Pengurangan Harmonisa Pada Kondisi Tegangan Seimbang

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

Frequency (Hz)

Tabel 4.1 Nilai Arus Fasa dan Netral Sebelum Pengurangan Harmonisa dengan Tegangan Seimbang

Sisi Sumber Arus rms (A) Fasa R 4,6118 Fasa S 4,6126 Fasa T 4,6121 Netral 7,3517

Dari Gambar 4.1 dapat dilihat bahwa arus fasa yang dihasilkan oleh penyearah yang dibebani oleh tahanan R dan kapasitor C yang diparalel mengandung banyak arus harmonisa urutan nol (orde ke-3, ke-9, ke-15), urutan negatif (orde ke-5, ke-11, ke-17) dan urutan positif (orde ke-7, ke-13, ke-19). Pada penghantar netral arus harmonisa urutan positif dan negatif saling meniadakan sedangkan arus harmonisa urutan nol saling menjumlah sehingga pada netral yang ada hanya arus harmonisa urutan nol saja dimana nilainya adalah tiga kali arus harmonisa urutan nol pada masing-masing fasa sesuai dengan Persamaan (2.4).

Dari Tabel 4.1. dapat dilihat bahwa arus netral yang dihasilkan adalah sebesar 7,3517 A. Nilai ini jauh lebih besar dari arus pada masing-masing fasa. Perbandingan antara arus netral dan fasa adalah 1,6.

4.1.1.2. Pengurangan arus harmonisa urutan nol oleh transformator zig-zag pada tegangan seimbang

Spektrum arus fasa dan netral setelah pengurangan arus harmonisa oleh transformator zig-zag pada kondisi tegangan seimbang ditunjukkan pada Gambar 4.2. Nilai arus rms pada masing-masing fasa dan netral ditunjukkan pada Tabel 4.2. Untuk penyederhanaan penulisan dalam tabel transformator zig-zag ditulis trafo ZZ.

Setelah menggunakan transformator zig-zag terjadi pengurangan arus netral pada sisi sumber dari 7,3517 A menjadi 5,1176 A. Dengan nilai impedansi yang digunakan dalam simulasi ini, arus netral hanya berkurang 30,4 % saja sedangkan perbandingan antara arus netral dan fasa turun menjadi 1,21. Pengurangan arus netral ini disebabkan karena transformator zig-zag telah mengurangi arus urutan nol menuju sumber dengan cara melalukan arus urutan nol dari beban kembali ke beban. Sesuai dengan Persamaan (2.34) keefektifan dari transformator zig-zag dalam mengurangi arus harmonisa urutan nol tergantung kepada perbandingan antara impedansi urutan nol dari transformator zig-zag (ZZZ) dengan impedansi lainnya.

Gambar 4.2 Spektrum Arus Fasa dan Netral Pada Sisi Sumber Sesudah Pengurangan Oleh Transformator Zig-Zag Pada Kondisi Tegangan Seimbang

Tabel 4.2 Nilai Arus Fasa dan Netral Setelah Pengurangan Harmonisa Oleh Transformator Zig-Zag dengan Tegangan Seimbang

Uraian Arus rms (A)

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

Frequency (Hz)

4.1.1.3. Pengurangan arus harmonisa urutan nol oleh zero sequence blocking transformer dan transformator zig-zag pada tegangan seimbang

Spektrum arus fasa dan netral pada sumber dan pada transformator zig-zag setelah pengurangan arus harmonisa oleh zero sequence blocking transformer (ZSBT) dan transformator zig-zag pada kondisi tegangan seimbang ditunjukkan pada Gambar 4.3 dan Gambar 4.4. Nilai arus rms pada masing-masing fasa dan netral ditunjukkan pada Tabel 4.3.

Gambar 4.3 Spektrum Arus Fasa dan Netral Pada Sisi Sumber Pada Kondisi Tegangan Seimbang Sesudah Pengurangan Harmonisa

Oleh ZSBT dan Transformator Zig-Zag

Dengan menggunakan kombinasi zero sequence blocking transformer dan transformator zig-zag terjadi pengurangan arus penghantar netral yang cukup drastis yakni dari 7,3517 A berkurang menjadi 0,0098 A seperti terlihat pada Tabel 4.3.

Dengan kata lain terjadi pengurangan arus netral sebesar 99,8 %. Pengurangan ini

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

Frequency (Hz)

terjadi karena arus harmonisa urutan nol pada penghantar fasa berkurang. Dari Gambar 4.3 dapat dilihat bahwa arus fasa tidak lagi mengandung arus harmonisa urutan nol. Ini membuktikan bahwa zero sequence blocking transformer telah bekerja efektif dalam mengurangi arus harmonisa urutan nol pada arus fasa. Terkait dengan Persamaan (2.38), terjadinya pengurangan yang cukup signifikan ini disebabkan semakin besarnya penyebut pada persamaan tersebut. Artinya arus urutan nol yang akan mengalir ke sumber diperkecil oleh zero sequence blocking transformer. Karena impedansi urutan nol transformator zig-zag lebih kecil dari impedansi urutan nol zero sequence blocking transformer maka arus urutan nol ini dipaksa mengalir melalui

transformator zig-zag kembali ke beban.

Tabel 4.3 Hasil Simulasi Setelah Pengurangan Harmonisa Oleh ZSBT dan Transformator Zig-Zag dengan Tegangan Seimbang

Uraian Arus rms (A)

Uraian Arus rms (A) 3. Sisi Beban

Fasa R 4,2023 Fasa S 4,1969 Fasa T 4,2023 Netral 6,8285

Dari Gambar 4.4 dapat dilihat bahwa arus yang mengalir pada netral dan fasa transformator zig-zag hanyalah arus harmonisa urutan nol saja dan magnitud arus netral sama dengan tiga kali arus fasanya. Hal ini membuktikan kebenaran Persamaan (2.16) dan (2.17). Jadi arus harmonisa urutan nol yang besar mengalir melalui transformator zig-zag. Arus harmonisa urutan nol ini berasal dari beban. Hampir semua arus netral yang berasal dari sumber mengalir melalui transformator zig-zag kembali ke beban. Hal ini dapat dilihat dari Tabel 4.3 dimana pada tabel tersebut terlihat bahwa nilai arus netral pada sumber hampir sama besarnya dengan arus netral pada transformator zig-zag dan arus ini terdistribusi secara merata pada masing-masing fasa.

Lanjutan Tabel 4.3

Gambar 4.4 Spektrum Arus Fasa dan Netral Pada Transformator Zig-zag Pada Kondisi Tegangan Seimbang Sesudah Pengurangan Harmonisa

Oleh ZSBT dan Transformator Zig-Zag

4.1.2. Tegangan sumber tidak seimbang

4.1.2.1. Sebelum penggunaan transformator zig-zag

Spektrum arus fasa dan netral sebelum penggunaan transformator zig-zag pada kondisi tegangan tidak seimbang ditunjukkan pada Gambar 4.5. Nilai arus rms pada masing-masing fasa dan netral ditunjukkan pada Tabel 4.4.

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

Frequency (Hz)

Gambar 4.5 Spektrum Arus Fasa dan Netral Sebelum Pengurangan Harmonisa Pada Kondisi Tegangan Sumber Tidak Seimbang

Tabel 4.4 Hasil Simulasi Sebelum Pengurangan Harmonisa Dengan Tegangan Tidak Seimbang

Sisi Sumber Arus rms (A) Fasa R 4,6465 Fasa S 4,3781 Fasa T 5,0098 Netral 7,4161

Nilai puncak dan sudut fasa tegangan bolak balik pada fasa-fasa R, S dan T yang digunakan pada simulasi ini berturut-turut adalah 311∠ 0⁰ V, 283∠ 115⁰ V, dan

339 ∠ 250⁰ V. Dengan adanya ketidak seimbangan tegangan fasa akan menimbulkan tegangan urutan nol. Dengan mensubstitusikan nilai-nilai ini ke dalam Persamaan

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

Frequency (Hz)

(2.32) akan diperoleh tegangan urutan nol sumber sebagai berikut, V_SO = 1/3(311

∠

⁰⁰^{+ 283}

∠

¹¹⁵⁰^{+ 339}

∠

²⁵⁰⁰⁾

= 32,568

∠ -

39,44 Volt

Jadi tegangan urutan nol yang terdapat pada tegangan sumber yang tidak seimbang pada simulasi ini adalah 32,568

∠ -

39,44 Volt.

Ketidakseimbangan tegangan sumber akan menyebabkan ketidak seimbangan arus harmonisa urutan positif, nol dan negatif pada masing-masing arus fasa seperti terlihat pada Gambar 4.5. Dengan adanya ketidakseimbangan arus-arus urutan ini akan menyebabkan arus pada masing-masing fasa tidak sama seperti terlihat pada Tabel 4.4. Disamping itu arus pada penghantar netral sedikit lebih besar dibandingkan dengan arus yang sama pada kondisi tegangan seimbang. Hal ini disebabkan karena pada penghantar netral mengalir pula sedikit arus harmonisa urutan positif dan negatif.

4.1.2.2. Arus harmonisa urutan nol sesudah penggunaan transformator zig-zag pada tegangan sumber tidak seimbang

Spektrum arus fasa dan netral setelah penggunaaan transformator zig-zag pada kondisi tegangan tidak seimbang ditunjukkan pada Gambar 4.6. Nilai arus rms pada masing-masing fasa dan netral ditunjukkan pada Tabel 4.5.

Sesuai dengan yang dinyatakan oleh Persamaan (2.36) bahwa pada sistem distribusi tiga fasa empat kawat dengan tegangan sumber mengandung tegangan urutan nol dan dengan beban yang mengandung arus harmonisa urutan nol, arus netral menuju sumber adalah penjumlahan dari arus urutan nol yang berasal dari sumber dan arus urutan nol yang berasal dari beban. Oleh karena itu arus harmonisa urutan nol yang mengalir pada netral menuju sumber akan bertambah besar sebab arus harmonisa urutan nol yang ditimbulkan oleh tegangan urutan nol pada sumber mengalir pula melalui transformator zig-zag menuju sumber. Jadi pada transformator zig-zag mengalir dua jenis arus harmonisa urutan nol, pertama dari beban dan kedua dari tegangan sumber. Dengan demikian arus netral dan fasa dari sistem distribusi tiga fasa empat kawat pada kondisi tegangan tidak seimbang menjadi bertambah besar sesudah penggunaan transformator zig-zag.

Seperti ditunjukkan pada Gambar 4.6 dan Tabel 4.5 arus netral pada sisi sumber sekarang menjadi 12,188 A, sebelumnya hanya 7,4161 A. Jadi arus netral pada sisi sumber sekitar 1,6 kali dari sebelum penggunaan transformator zig-zag.

Pada saat yang sama arus yang mengalir pada transformator zig-zag menjadi bertambah besar yakni 10,742 A sementara arus pada ketiga fasanya masing-masing adalah 3,6185 A, 3,6025 A dan 3,5226 A. Nilai ini melebihi rating arus dari transformator zig-zag yang digunakan yakni 2,36 A. Tentu saja hal ini tidak diinginkan karena akan merusak transformator zig-zag itu sendiri.

Gambar 4.6 Spektrum Arus Fasa dan Netral Pada Sisi Sumber Sesudah Penggunaan Transformator Zig-Zag Pada Kondisi Tegangan Tidak Seimbang

Tabel 4.5 Hasil Simulasi Setelah Penggunaan

Transformator Zig-Zag Dengan Tegangan Tidak Seimbang Uraian Arus rms (A)

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

Frequency (Hz)

Lanjutan Tabel 4.5

Uraian Arus rms (A) 3. Sisi Beban

Fasa R 4,5391

Fasa S 4,4479

Fasa T 5,0306

Netral 7,5716

Berdasarkan kenyataan di atas patut dicermati pentingnya analisis ketidak seimbangan tegangan sumber pada sistem distribusi tiga fasa empat kawat sebelum menggunakan transformator zig-zag. Jika tidak, penggunaan transformator zig-zag bukan saja tidak bermanfaat bahkan akan merusak transformator itu sendiri. Arus yang besar mengalir pula pada penghantar netral sehingga dikhawatirkan akan merusak penghantar tersebut. Disamping itu penggunaan transformator zig-zag pada tegangan tidak seimbang akan memperbesar ketidakseimbangan pada arus fasa sumber.

4.1.2.3. Pengurangan arus harmonisa urutan nol oleh zero sequence blocking transformer dan transformator zig-zag pada tegangan tidak seimbang

Dari analisis yang telah disampaikan pada 4.1.2.2 diketahui bahwa ketidakseimbangan tegangan sumber menyebabkan arus netral bertambah besar setelah penggunaan transformator zig-zag. Untuk mengurangi arus netral yang besar ini, maka sesuai dengan Persamaan (2.37) perlu disisipkan suatu impedansi antara

sumber dengan transformator zig-zag dan impedansi ini diperoleh dengan memasang zero sequence blocking transformer diantara sumber dengan transformator zig-zag.

Spektrum arus fasa dan netral pada sisi sumber setelah pengurangan arus harmonisa oleh zero sequence blocking transformer (ZSBT) dan transformator zig-zag pada kondisi tegangan tidak seimbang ditunjukkan pada Gambar 4.7. Nilai arus rms pada masing-masing fasa dan netral ditunjukkan pada Tabel 4.6.

Dari Gambar 4.7 dapat dilihat bahwa arus harmonisa urutan nol pada fasa-fasa R, S dan T berturut-turut adalah 0,4453 A, 0,6062 A dan 0,4167 A. Arus harmonisa urutan nol ini sudah jauh berkurang dari sebelumnya yakni lebih dari 3,2 A pada setiap fasa. Ini membuktikan bahwa zero sequence blocking transformer telah berhasil mengurangi arus harmonisa urutan nol pada fasa. Dengan berkurangnya arus harmonisa urutan nol pada fasa berdampak pada pengurangan arus harmonisa urutan nol pada netral. Seperti terlihat pada Tabel 4.6, arus netral pada sisi sumber sekarang tinggal 0,0676 A di mana sebelumnya 7,4161 A. Berarti telah terjadi pengurangan arus netral sebesar 99 %. Hasil ini sangat konsisten dengan Persamaan (2.37).

Gambar 4.7 Spektrum Arus Fasa dan Netral Pada Sisi Sumber Sesudah Pengurangan Harmonisa Oleh ZSBT dan Transformator Zig-Zag Pada Kondisi Tegangan Tidak

Seimbang

Tabel 4.6 Hasil Simulasi Setelah Pengurangan Harmonisa Oleh ZSBT dan Transformator Zig-Zag Dengan Tegangan Tidak Seimbang

Uraian Arus rms (A)

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

Frequency (Hz)

Uraian Arus rms (A) 3. Sisi Beban

Fasa R 3,9039

Fasa S 4,0833

Fasa T 4,5690

Netral 6,7757

Penggunaan kombinasi antara zero sequence blocking transformer dan transformator zig-zag berhasil menyeimbangkan arus fasa pada sumber dan pada transformator zig-zag seperti terlihat pada Tabel 4.6.

4.1.3. Rangkuman hasil simulasi

Rangkuman hasil pengukuran arus pada sisi sumber pada keadaan sebelum, setelah pengurangan arus harmonisa urutan nol menggunakan transformator zig-zag, dan kombinasi transformator zig-zag dan zero sequence blocking transformer dengan tegangan seimbang dan tidak seimbang melalui simulasi dapat dilihat pada Tabel 4.7.

Untuk menyederhanakan penulisan zero sequence blocking transformer ditulis dengan ZSBT dan transformator zig-zag ditulis transformator ZZ.

Lanjutan Tabel 4.6

Tabel 4.7 Rangkuman Hasil Pengukuran Arus Pada Sisi Sumber Berdasarkan Simulasi

Parameter Arus (Amp)

Tegangan seimbang Tegangan tidak seimbang

Sebelum

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;

(B) Spektrum Arus Harmonisanya

(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

Harmonisanya

(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

Arus Harmonisanya

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

Dalam dokumen PENGURANGAN ARUS HARMONISA URUTAN NOL DENGAN ZERO SEQUENCE BLOCKING TRANSFORMER (Halaman 75-109)