ANALISIS PENGARUH BEBAN NONLINIER TERHADAP
KINERJA KWH METER INDUKSI SATU FASA
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Fakultas TeknikUniversitas Sumatera Utara
Oleh :
NAMA : SOFIAN HANAFI HARAHAP
NIM
: 08 0402 003
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ANALISIS PENGARUH BEBAN NONLINIER TERHADAP
KINERJA KWH METER INDUKSI SATU FASA
Oleh :
NAMA : SOFIAN HANAFI HARAHAP
NIM : 08 0402 003
Tugas akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
pada
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
Sidang pada tanggal 19 bulan Januari tahun 2013 di depan penguji :
1) Ir. Eddy Warman : Ketua Penguji : ……… 2) Ir. Raja Harahap, MT : Anggota Penguji : ……… 3) Ir. Syamsul Amin, M.Si : Anggota Penguji : ………
Disetujui Oleh : Pembimbing Tugas Akhir
(Ir. Masykur Sjani, MT) NIP : 19511030 198103 1 001
Diketahui oleh :
Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU
ANALISIS PENGARUH BEBAN NONLINIER TERHADAP
KINERJA KWH METER INDUKSI SATU FASA
Oleh :
NAMA : SOFIAN HANAFI HARAHAP
NIM : 08 0402 003
Tugas akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
pada
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
Sidang pada tanggal 19 bulan Januari tahun 2013 di depan penguji
1) Ir. Eddy Warman : Ketua Penguji
2) Ir. Raja Harahap, MT : Anggota Penguji 3) Ir. Syamsul Amin, M.Si : Anggota Penguji
Diketahui oleh : Disetujui Oleh :
Ketua Departemen Teknik Elektro Pembimbing Tugas Akhir
ABSTRAK
Energi listrik aktif yang digunakan oleh pemakai atau pelanggan diukur atau dicatat dengan kWh meter. Pada penelitian ini, kWh meter yang dipakai penulis untuk mengukur atau mencatat energi yang terpakai adalah kWh meter jenis induksi. kWh meter memiliki piringan yang berputar berdasarkan torsi yang dihasilkan yang sebanding dengan daya yang dipakai. Torsi ini juga dipengaruhi oleh harmonisa. Harmonisa ditimbulkan oleh beban nonlinier. Pada tulisan ini dianalisis seberapa besar pengaruh beban nonlinier terhadap kinerja kWh meter induksi satu fasa.
KATA PENGANTAR
Dengan Nama ALLAH Yang Maha Pengasih Lagi Maha Penyayang
Puji syukur alhamdullilah penulis ucapkan kehadirat ALLAH SWT atas rahmat dan karunia yang dilimpahkan sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini, serta shalawat beriring salam penulis hadiahkan ke junjungan Rasulullah Muhammad SAW.
Tugas akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu ayahanda (Samsul Rizal Harahap ), dan ibunda ( Nur Asiah Nasution ), serta adik-adikku yang sangat saya sayangi (Maya Sari, Azizah Fitri, Abdul Rouf as-salam, Azwir Amir Sadi, Ilham Suhairi, Aulia Rahman, Misna Arwani, Ummi Hani, Erda Mustika, Dina lestari, Sri Indah Juliani, Afifah Fajri Aini, Lutfi Aditya) yang senantiasa mendukung dan mendo’akan dari sejak penulis kuliah hingga sekarang.
Tugas akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah :
ANALISIS PENGARUH BEBAN NONLINIER TERHADAP KINERJA
Selama masa perkuliahan sampai masa penyelesaian tugas akhir ini, penulis banyak memperoleh bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hati penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Ir. Masykur Sjani, MT, selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas segala bimbingan, pengarahan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Yulianta Siregar ST, MT selaku dosen Wali penulis atas bimbingan dan arahannya dalam menyelesaikan perkuliahan.
3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si selaku Pelaksana Harian Ketua Departemen Teknik Elektro FT-USU dan Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT-USU.
4. Bang Isroy, ST, selaku pegawai di Laboratorium Konversi Energi Listrik FT USU yang telah banyak membantu Penelitian ini.
5. Seluruh Staf Pengajar di Departemen Teknik Elektro USU dan Seluruh Karyawan di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektro USU.
6. Semua keluarga yang ada di Pijorkoling, Bandar Selamat, dan Sei Rotan. 7. Roihan Anshori, yang selalu mendukung penulis dan tak henti-hentinya
memberi semangat kepada penulis.
9. Semua abang senior bang Irham ‘07, bang Habibi ’07, bang Binsar ’07, bang Fauzan ‘07, dan adik junior yang telah mau berbagi pengalaman, masukkan, dan motivasi kepada penulis.
10.Asisten Laboratorium Pengukuran Besaran Listrik Agung, Dimas, Rizal, Tondi, dan tidak lupa juga kepada Wangto, Rizki, Budi, Doni, Reza yang telah banyak membantu dan mendukung penulis dalam penelitian.
11.Dan pihak-pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
Akhir kata penulis menyadari bahwa tulisan ini masih banyak kekurangannya. Kritik dan saran dari pembaca untuk menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Semoga Tugas Akhir ini dapat memberi manfaat khususnya bagi penulis pribadi maupun bagi semua pihak yang membutuhkannya. Kepada Allah SWT jualah penulis menyerahkan diri.
Medan, Januari 2013 Penulis
DAFTAR ISI
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Umum ... 6
2.2 Prinsip Kerja kWh Meter Satu Fasa ... 6
2.3 Kesalahan kWh Meter ... 14
2.3.1 kWh Meter Pada Pembebanan Konstan. ... 14
2.3.2 Menghitung Kesalahan kWh Meter ... 15
2.4 Rangkaian Ekivalen kWh Meter Satu Fasa ... 17
2.5.1 1 Phasa (phasa tunggal) . ... 18
2.8.1 Standard Distorsi Harmonisa. ... 24
2.8.2 Persamaan Harmonisa. ... 26
2.8.3 Sumber Harmonisa. ... 32
2.8.3.1 Pada Sisi Pembangkitan. ... 32
2.8.3.2 Pada Sisi Penyaluran. ... 33
2.8.3.3 Pada Sisi Beban. ... 33
2.8.4 Jenis-Jenis Harmonisa. ... 34
2.8.5 Dampak Harmonisa Pada Peralatan. ... 38
2.8.6 Identifikasi Harmonisa Pada kWh Meter Induksi. ... 41
2.8.7 Alat Ukur Harmonisa. ... 41
3.7 Metode Pengumpulan Data ... 45 BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Umum ... 51
4.2 Hasil Penelitian ... 51
4.2.1 Pengujian Beban Linier ... 52
4.2.1.a Analisa Data Persen Kesalahan Beban Linier 52 4.2.2 Pengujian Beban Nonlinier dan Campuran ... 55
4.2.3 Pengujian Pada Beban 5XL ... 55
4.2.3.a Analisa IHD Tegangan Untuk Beban 5 XL ... 56
4.2.3.b Analisa IHD Arus Untuk Beban 5 XL ... 56
Orde Harmonisa Pada Beban 5 XL ... 58 4.2.3.f Bentuk Gelombang Arus dan Tegangan
Pada Beban 5 XL ... 59 4.2.4 Pengujian Pada Beban 2 TL ... 61 4.2.4.a Analisa IHD Tegangan Untuk Beban 2 TL .... 61 4.2.4.b Analisa IHD Arus Untuk Beban 2 TL ... 62 4.2.4.c Analisa THD Arus dan Tegangan Untuk
Beban 2 TL ... 62 4.2.4.d Analisa Persen Kesalahan Pada Beban 2 TL.. 63 4.2.4.e Analisa Persen Kesalahan Tiap
Orde Harmonisa Pada Beban 2 TL ... 63 4.2.4.f Bentuk Gelombang Arus dan Tegangan
Pada Beban 2 TL ... 64 4.2.5 Pengujian Pada Beban 5 XL dan 2 TL ... 65
4.2.5.a Analisa IHD Tegangan Untuk Beban
5 XL dan 2 TL ... 66 4.2.5.b Analisa IHD Arus Untuk Beban
5 XL dan 2 TL ... 66 4.2.5.c Analisa THD Arus dan Tegangan Untuk
Beban 5 XL dan 2 TL ... 67 4.2.5.d Analisa Persen Kesalahan Pada Beban
5 XL dan 2 TL ... 67 4.2.5.e Analisa Persen Kesalahan Tiap
4.2.5.f Bentuk Gelombang Arus dan Tegangan
Pada Beban 5 XL dan 2 TL ... 70 4.2.6 Pengujian Pada Beban Laptop ... 71
4.2.6.a Analisa IHD Tegangan Untuk Beban
Laptop ... 72 4.2.6.b Analisa IHD Arus Untuk Beban Laptop ... 72 4.2.6.c Analisa THD Arus dan Tegangan Untuk
Beban Laptop ... 73 4.2.6.d Analisa Persen Kesalahan Pada Beban
Laptop ... 73 4.2.6.e Analisa Persen Kesalahan Tiap
Orde Harmonisa Pada Beban Laptop ... 73 4.2.6.f Bentuk Gelombang Arus dan Tegangan
Pada Beban Laptop ... 75 4.2.7 Pengujian Pada Beban 2 TL, 2 Pijar, dan 1 XL ... 76
4.2.7.a Analisa IHD Tegangan Untuk Beban
2 TL, 2 Pijar, dan 1 XL ... 77 4.2.7.b Analisa IHD Arus Untuk Beban
2 TL, 2 Pijar, dan 1 XL ... 77 4.2.7.c Analisa THD Arus dan Tegangan Untuk
Beban 2 TL, 2 Pijar, dan 1 XL ... 78 4.2.7.d Analisa Persen Kesalahan Pada Beban
Harmonisa Pada Beban
2 TL, 2 Pijar, dan 1 XL ... 79 4.2.7.f Bentuk Gelombang Arus dan Tegangan
Pada Beban 2 TL, 2 Pijar, dan 1 XL ... 81 4.3 Grafik . ... 82
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ... 83 5.2 Saran ... 83
Gambar 2.18 Fasor harmonik urutan negatif ... 36
Gambar 4.1.b dan c Spektrum dari gelombang tegangan dan arus beban 5 XL ... 60
Gambar 4.1.d Grafik % error terhadap orde harmonisa beban 5 XL ... 60
Gambar 4.2.a Bentuk gelombang arus dan tegangan beban 2 TL ... 64
Gambar 4.2.b dan c Spektrum dari gelombang tegangan dan arus beban 2 TL ... 65
Gambar 4.2.d Grafik % error terhadap orde harmonisa beban 2 TL ... 65
Gambar 4.3.a Bentuk gelombang arus dan tegangan beban 5 XL dan 2 TL ... 70
Gambar 4.3.b dan c Spektrum dari gelombang tegangan dan arus beban 5 XL dan 2 TL ... 70
Laptop ... 75 Gambar 4.4.b dan c Spektrum dari gelombang tegangan dan arus beban
Laptop ... 76 Gambar 4.4.d Grafik % error terhadap orde harmonisa
beban Laptop ... 76 Gambar 4.5.a Bentuk gelombang arus dan tegangan beban
2 TL, 2 Pijar, dan 1 XL ... 81 Gambar 4.5.b dan c Spektrum dari gelombang tegangan dan arus beban
2 TL, 2 Pijar, dan 1 XL ... 81 Gambar 4.5.d Grafik % error terhadap orde harmonisa
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Perbandingan penelitian terdahulu dengan penelitian yang akan
dilakukan ... 2
Tabel 2.1 Batas distorsi arus yang diakibatkan harmonisa menurut IEEE 519-1992 ... 25
Tabel 2.2 Batas distorsi tegangan yang diakibatkan harmonisa menurut IEEE 519-1992 ... 25
Tabel 2.3 Urutan polaritas harmonisa pada sistem tiga phasa ... 37
Tabel 2.4 Akibat dari polaritas dari komponen harmonisa ... 38
Tabel 2.5 Dampak Harmonisa pada Peralatan ... 40
Tabel 4.1 Data pengujian untuk beban linier tegangan tetap beban berubah ... 52
Tabel 4.2 Data pengujian untuk beban nonlinier dan campuran ... 55
Tabel 4.3 Data kandungan harmonisa arus dan tegangan pada beban 5 XL ... 55
Tabel 4.4 Data kandungan harmonisa arus dan tegangan pada beban 2 TL ... 61
Tabel 4.5 Data kandungan harmonisa arus dan tegangan pada beban 5 XL dan 2 TL ... 65
Tabel 4.6 Data kandungan harmonisa arus dan tegangan pada beban Laptop …... 71
ABSTRAK
Energi listrik aktif yang digunakan oleh pemakai atau pelanggan diukur atau dicatat dengan kWh meter. Pada penelitian ini, kWh meter yang dipakai penulis untuk mengukur atau mencatat energi yang terpakai adalah kWh meter jenis induksi. kWh meter memiliki piringan yang berputar berdasarkan torsi yang dihasilkan yang sebanding dengan daya yang dipakai. Torsi ini juga dipengaruhi oleh harmonisa. Harmonisa ditimbulkan oleh beban nonlinier. Pada tulisan ini dianalisis seberapa besar pengaruh beban nonlinier terhadap kinerja kWh meter induksi satu fasa.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
bilangan bulat dari frekuensi fundamentalnya. Jika frekuensi fundamentalnya 50 HZ, maka harmonisa kedua adalah gelombang sinusoidal dengan frekuensi 100 HZ, harmonisa ketiga adalah gelombang sinusoidal dengan frekuensi 150 HZ dan seterusnya. Dalam Tugas Akhir ini penulis mencoba menjelaskan pengaruh beban nonlinier terhadap kinerja kWh meter induksi satu fasa. Perbandingan penelitian terdahulu dengan penelitian yang akan dilakukan penulis dapat dilihat dalam Tabel 1.1.
Tabel 1.1 Perbandingan penelitian terdahulu dengan penelitian yang akan dilakukan
No Nama Judul Penelitian
1.2 Rumusan Masalah
Beban nonlinier adalah beban yang menghasilkan gelombang-gelombang yang berbentuk sinusoidal, akan tetapi mempunyai frekuensi tinggi. Arus dan tegangan harmonisa akan mempengaruhi besarnya torsi yang dihasilkan, sehinggga akan terjadi kesalahan pembacaan pada kWh meter jenis induksi. Dalam penelitian ini akan di analisis seberapa besar persen kesalahan pembacaan dari kWh meter induksi satu fasa akibat arus dan tegangan harmonisa.
1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah untuk mengetahui dan memperlihatkan seberapa besar pengaruh beban nonlinier terhadap kinerja kWh meter induksi satu fasa.
1.4 Manfaat Penelitian
Penelitian akan dilakukan di Laboratorium Pengukuran Besaran Listrik, diharapkan dapat memperluas ilmu pengetahuan tentang pengaruh harmonisa terhadap peralatan dalam hal ini kWh meter jenis induksi.
1.5 Batasan Masalah
Agar isi dan pembahasan tugas akhir ini menjadi terarah dan dapat mencapai hasil yang diharapkan, maka penulis perlu membuat batasan masalah yang akan dibahas. Adapun batasan masalah pada penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
2. Lokasi kWh meter tidak mengandung gas kimia, dan suhu tidak melebihi 400C.
3. kWh meter yang diteliti adalah kWh meter yang dipasang dalam ruangan. 4. Tidak menghitung kerugian yang diakibatkan persen kesalahan pencatatan
kWh meter.
5. Tidak membahas solusi penanggulangan harmonisa yang diakibatkan beban nonlinier.
1.6 Sistematika Penulisan
Untuk memberikan gambaran terhadap Tugas Akhir ini, maka penulis menyusun sistematika penulisan sebagai berikut :
BAB 1 PENDAHULUAN
Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar belakang, rumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah, metode penulisan, dan sistematika penulisan.
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini membahas tentang kWh meter secara umum, prinsip kerja, rangkaian ekivalen, jaringan meter listrik, perhitungan kWh meter, beban linier, beban nonlinier dan harmonisa.
BAB 3 METODE PENELITIAN
BAB 4 HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Bab ini membahas tentang komposisi harmonik pada beban nonlinier pada kWh meter induksi, hubungan beban nonlinier terhadap kondisi harmonik tegangan dan arus pada kWh meter induksi, dan persen kesalahan pembacaan kWh meter induksi.
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Umum
kWh meter (kilo Watthours meter) adalah suatu alat ukur yang dapat mengukur daya aktif listrik. Besar tagihan listrik biasanya berdasarkan pada angka-angka yang tertera pada kWh meter setiap bulannya. kWh meter ada tiga tipe, yaitu kWh meter tipe dinamometer (elektrodinamis), kWh meter tipe induksi dan kWh meter tipe thermocouple. kWh meter tipe induksi merupakan tipe yang paling banyak digunakan oleh konsumen listrik. kWh meter induksi bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik.
2.2 Prinsip Kerja kWh Meter Satu Fasa
Sistem kWh meter adalah alat penghitung pemakaian energi listrik. Alat ini bekerja menggunakan metode induksi medan magnet dimana medan magnet tersebut menggerakkan cakram yang terbuat dari alumunium. Pada cakram alumunium itu terdapat poros yang mana poros tersebut akan menggerakkan
counter digit sebagai tampilan jumlah kWh nya. kWh meter memiliki dua
koil kumparan arus. Kumparan tegangan membantu mengarahkan medan magnet agar menerpa permukaan alumunium sehingga terjadi suatu gesekan antara piringan alumunium dengan medan magnet disekelilingnya. Dengan demikian maka piringan tersebut mulai berputar dan kecepatan putarnya dipengaruhi oleh besar kecilnya arus listrik yang melalui kumparan arus. Koneksi kWh meter dimana ada empat buah terminal yang terdiri dari dua buah terminal masukan dari jala – jala listrik PLN dan dua terminal lainnya merupakan terminal keluaran yang akan menyuplai tenaga listrik ke rumah. Dua terminal masukan di hubungkan ke kumparan tegangan secara paralel dan antara terminal masukan dan keluaran di hubungkan ke kumparan arus secara seri, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1 berikut.
Keterangan :
Cp = Inti besi kumparan tegangan
Cc = Inti besi kumparan arus
Wp = Kumparan tegangan
Wc = Kumparan arus
D = Kepingan roda Aluminium
J = Roda-roda pencatat ( register )
M = Magnet permanen sebagai pengerem keping aluminium, saat beban kosong
S = Kumparan penyesuai beda fase arus dan tegangan
Dan Gambar 2.2 menunjukkan perbedaan fase antara Ф1dan Ф2
Gambar 2.2 Arus -arus eddy pada suatu piring
perbedaan fase antara arus dan tegangan sebesar 900, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.2, hal ini karena kumparan tegangan bersifat induktor. Arus yang melalui kumparan tegangan yaitu I2 akan menimbulkan flux magnit Ф2 yang berbeda fase 900dengan Ф1. Perbedaan fase antara Ф1 dan Ф2 akan menyebabkan momen gerak pada keping aluminium ( D ) sehingga berputar. Putaran keping Aluminium ( piringan ) akan di transfer pada roda-roda pencatat. Fluksi-fluksi ini akan memotong piring aluminium, sehingga didalam piring terinduksi tegangan induksi, yaitu:
………(2.1)
Dan
………(2.2)
Karena arus I1 dan I2 pada gambar 2.2 berbentuk sinus, fluksi yang dibangkitkan akan berbentuk sinus juga, yaitu:
Φ1= Φ1msinωt ………(2.3)
Φ2 = Φ2msin(ωt-α) ………...………(2.4)
Jika disubstitusi persamaan (2.3) dan (2.4) ke persamaan (2.1)dan (2.2), maka akan diperoleh:
………..…………(2.6)
Tegangan induksi ini akan mengalirkan arus induksi dalam piring, yaitu:
………(2.7)
……….…………(2.8)
Diagram phasor tegangan dan arus ditunjukkan pada Gambar 2.3 berikut ini:
Gambar 2.3 Diagram phasor tegangan dan arus pada alat ukur induksi
Interaksi antara fluksi Ф1 dan arus induksi i2 menghasilkan momen T1 dan interaksi antara Ф2 dan arus induksi i1 menghasilkan momen T2, yaitu:
T1 = k1 Ф1 i2
T2 = k2 Ф2 i1
= ...(2.10)
Maka momen total yang memutar piring adalah:
T = T1- T2
= k3 Ф1m Ф2m{sinωtcos(ωt-α) - sin(ωt-α)cosωt}
= k3 Ф1m Ф2m{sinωt(cosωtcosα + sinωtsinα) –
(sinωtcosα – sinαcosωt)cosωt}
T = k3 Ф1m Ф2m{sinωtcosωtcosα + sin2ωtsinα –
sinωtcosωtcosα + cos2ωtsinα}
T = k3 Ф1m Ф2m{(sin2ωt + cos2ωt)sinα}
T = k3 Ф1m Ф2m sinα ……….…………(2.11)
Sedangkan fluksi Ф1m sebanding dengan arusIV pada kumparan tegangan, jika jumlah lilitan kumparan tegangan dibuat besar sehingga mempunyai reaktansi yang besar, maka arus I1 sebanding dengan tegangan V yang berbeda phasa 900 lagging. Kumparan arus menghasilkan Ф2m yang besarnya sebanding dengan arus beban I, dimana arus beban I berbeda phasa sebesar sudut φ terhadap tegangan V.
Iv
V
I
Ф
1Ф
290
0
α
φ
Gambar 2.4 Diagram phasor tegangan dan arus pada kWh meter
Berdasarkan diagram phasor Gambar 2.4 diatas, maka momen putar dari persamaan (2.11) dapat diganti dengan:
T = k3 VI sin(900-φ)
= k3 VIcosφ
= k3 P ………...…….………..……(2.12)
Dimana: P = VIcosφ = daya pada beban
Dari persamaan (2.12) diatas, maka dapat disimpulkan bahwa momen putar yang memutar piring sebanding dengan daya pada beban.
Dan harga rms total harmonisa arus adalah:
Maka persamaan (2.12) dapat diganti dengan persamaan momen putar yang ber harmonisa
Dimana:
Vh = Harga rms tegangan untuk harmonisa ke-h (Volt)
Ih = Harga rms arus untuk harmonisa ke-h (Ampere)
Dengan demikian kepingan alumunium D, terjadi momen gerak TD yang berbanding lurus terhadap daya beban yang diperlihatkan dalam persamaan (2.12). Bila kepingan alumunium berputar dengan kecepatan N, sambil berputar D akan memotong garis-garis fluksi Фm dari magnet permanen, menyebabkan terjadinya arus-arus pusar yang berbanding lurus terhadap N.Фm didalam kepingan alumunium tersebut. Arus-arus pusar ini akan memotong garis-garis fluksi Фm sehingga kepingan D akan mengalami suatu momen rendaman Td yang berbanding lurus terhadap N.Фm2, bila momen tersebut yaitu TD dan Td ada dalam keadaan seimbang, maka hubungan di bawah ini akan berlaku:
………..………… (2.17)
Kd dan Km sebagai suatu konstanta. Dari persamaan tersebut terlihat bahwa kecepatan putar N, dari kepingan D adalah berbanding lurus dengan beban VI cos φ, perputaran dari kepingan tersebut untuk jangka waktu tertentu
berbanding dengan energi yang akan diukur. Untuk mencapai perputaran tertentu, maka perputaran dari keping D ditransformasikan melalui sistem mekanis tertentu, kepada alat penunjuk roda-roda angka transformasi dari kecepatan putar roda angka berputar lebih lambat dibanding dengan kepingan D. Dengan demikian maka alat penunjuk atau roda angka menunjukkan energi yang diukur dalam kWh (kilo Watt Jam) setelah melalui kalibrasi tertentu.
2.3 Kesalahan kWh Meter
kWh meter menghitung jumlah energi yang mengalir tidak saja pada pembebanan konstan, tetapi juga pada pembebanan yang berubah. Untuk menentukan benar tidaknya penunjukan kWh meter, maka kWh meter dioperasikan pada pembebanan yang tertentu dan mengukur besarnya daya yang mengalir serta mengamati kWh meter yang sedang di test. Jika daya dijaga konstan dalam selang waktu tertentu maka jumlah energi yang mengalir dapat dihitung. Dari pengamatan kerja kWh meter dapat dihitung juga berapa penunjukan kWh meter.
2.3.1 kWh Meter Pada Pembebanan Konstan
………..(2.18)
Dimana :
E = energi (kWh)
N = ω t = Jumlah putaran piringan ( putaran )
ω = jumlah putaran per jam ( rph = put/jam )
C = Konstanta kWh meter ( Put/ kWh)
P = Daya (kW)
t = Waktu (detik)
Dari hubungan tersebut, terlihat bahwa untuk suatu harga daya tertentu, kecepatan piringan kWh metre ω tertentu juga:
……….………..(2.19)
Atau untuk suatu jumlah putaran tertentu dibutuhkan waktu:
……….………(2.20)
2.3.2 Menghitung Kesalahan kWh Meter
Kesalahan dalam persen dapat dinyatakan
%
kesalahan = x 100 % ………..……….…..(2.21)Jika untuk membuat N putaran diperlukan waktu t detik, sedangkan daya yang masuk sebesar P watt, maka jumlah energi sebenarnya ES adalah:
……….………..……….(2.23)
Dimana:
EP = Jumlah energi yang dicatat oleh meteran yang terpasang
ES = Jumlah energi yang sebenarnya
Maka kesalahan dalam persen adalah:
% kesalahan = ………(2.24)
Persen kesalahan dapat juga dihitung dengan membandingkan kecepatan putaran, jika daya yang mengalir adalah P watt, maka kecepatan putar piringan sebenarnya adalah:
(putaran per jam) …….……….……..(2.25)
Kecepatan perputaran piring yang diukur adalah
(putaran per jam) …….………..…...……..(2.26)
Maka kesalahan dalam persen dapat dinyatakan:
% kesalahan =
(
100% ………...……….(2.27)...(2.28)
Maka kesalahan dalam persen dapat dinyatakan dengan:
% ...(2.29)
2.4 Rangkaian Ekivalen kWh Meter Satu Fasa
kWh meter digunakan untuk mengukur energi arus bolak balik, alat ukur
ini untuk mengetahui besarnya daya nyata (daya aktif). Pada alat ukur ini terdapat
kumparan arus dan kumparan tegangan, sehingga cara penyambungan watt pada
umumnya merupakan kombinasi cara penyambungan voltmeter dan amperemeter.
kWh meter merupakan alat ukur yang sangat penting, untuk kWh yang
diproduksi, disalurkan ataupun kWh yang dipakai konsumen-konsumen listrik.
Alat ukur ini sangat popular di kalangan masyarakat umum, karena banyak
terpasang pada rumah-rumah penduduk (konsumen listrik) dan menentukan besar
kecilnya rekening listrik si pemakai. Mengingat sangat pentingnya arti kWh meter
ini baik bagi PLN ataupun si pemakai, maka agar diperhatikan benar cara
penyambungan alat ukur ini. Gambar 2.5 ditunjukkan penyambungan kWh meter
Gambar 2.5 Rangkaian ekivalen kWh meter satu fasa
2.5 Jaringan Meter Listrik
Jaringan meter listrik ini menunjukkan skema pemasangan jenis-jenis meter kWh yang dipasang baik di perumahan, institusi, ataupun tempat yang memerlukan perlakuan khusus dalam pemasangannya. Berikut cara pemasangannya.
2.5.1 1 Phasa (phasa tunggal)
1. 1 phasa 2 kawat
220 volt
Meter
Sensor Arus Sensor Tegangan
B E B A N
Gambar 2.6 Skema diagram 1 phasa 2 kawat
2.6 Perhitungan kWh Meter
kWh meter berarti Kilo Watt Hour Meter dan kalau diartikan menjadi n ribu watt dalam satu jamnya. Jika membeli sebuah kWh meter maka akan tercantum x putaran per kWh, artinya untuk mencapai 1 kWh dibutuhkan putaran sebanyak x kali putaran dalam setiap jamnya. Contohnya jika 1200 putaran per kWh maka harus ada 1200 putaran setiap jamnya untuk dikatakan sebesar satu kWh. Jumlah kWh itu secara kumulatif dihitung dan pada akhir bulan dicatat oleh petugas, besarnya pemakaian lalu dikalikan dengan tarif dasar listrik atau TDL ditambah dengan biaya abodemen dan pajak menghasilkan jumlah tagihan yang harus dibayarkan setiap bulannya.
2.7 Beban
Pada sistem tenaga listrik dikenal dua jenis beban yaitu beban linier dan beban nonlinier. Beban pada perumahan-perumahan atau gedung umumnya teridiri dari kombinasi beban-beban linier dan beban nonlinier.
2.7.1 Beban Linier
linier, dan Gambar 2.8 memperlihatkan bentuk gelombang tegangan dan arus pada beban linier.
Tegangan (V) Arus (I)
Gambar 2.7 Kurva Arus-Tegangan beban linier
Tegangan
Beban induktif linier
Arus
Gambar 2.8 Bentuk gelombang pada beban linier
Gambar 2.9 Rangkaian pengganti untuk beban linier
2.7.2. Beban Nonlinier
Beban nonlinier adalah bentuk gelombang keluarannya tidak sebanding dengan tegangan dalam setiap setengah siklus sehingga bentuk gelombang arus maupun tegangan keluarannya tidak sama dengan gelombang masukannya (mengalami distorsi), seperti ditunjukkan pada Gambar 2.10. Beban nonlinier menarik arus dengan bentuk non-sinusoidal, walaupun disuplai dari sumber tegangan sinusoidal. Gangguan yang terjadi akibat distorsi gelombang arus dan tegangan disebut dengan harmonik. Contoh dari beban-beban nonlinier ini seperti tungku busur api, las, printer, komputer, lampu hemat energi, kulkas, inverter, inti magnet pada transformator, dan lain-lain.
pengisian muatan kapasitor C, yaitu di daerah puncak gelombang tegangan jala-jala, sehingga bentuk gelombang arus Is tidak proporsional lagi terhadap tegangannya (nonlinier) dan mengalami distorsi (non-sinusoidal), seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.12.
Arus
Tegangan
Gambar 2.10 Kurva Arus-Tegangan beban nonlinier
Gambar 2.11 Rangkaian pengganti untuk beban nonlinier
Pada Gambar 2.12 dibawah ini memperlihatkan bentuk gelombang tegangan dan arus pada beban nonlinier.
Gambar 2.12 Bentuk gelombang pada beban nonlinier
2.8 Harmonisa
Gambar 2.13 Gelombang fundamental, harmonisa ketiga dan hasil penjumlahannya
2.8.1 Standard Distorsi Harmonisa
Standar harmonisa yang digunakan pada penelitian ini adalah standar dari IEEE 519-1992. Ada dua kriteria yang digunakan untuk mengevaluasi distorsi harmonisa yaitu batas harmonisa untuk arus (THDI) dan batas harmonisa untuk
ISC adalah arus hubung singkat yang ada pada PCC (Point of Common Coupling
= titik sambung bersama), sedangkan IL adalah arus beban fundamental. Batas
distorsi arus yang diakibatkan harmonisa yang diijinkan oleh IEEE 519-1992 ditunjukkan pada tabel 2.1 berikut ini.
Tabel 2.1 Batas distorsi arus yang diakibatkan harmonisa menurut IEEE 519-1992
Untuk batas harmonisa tegangan ditentukan dari besarnya tegangan sistem yang terpasang atau dipakai. Batas distorsi tegangan yang diakibatkan harmonisa yang diijinkan oleh IEEE 519-1992 ditunjukkan pada tabel 2.2 berikut ini.
Tabel 2.2 Batas distorsi tegangan yang diakibatkan harmonisa menurut IEEE 519-1992
Tegangan Bus Pada PCC Individual Harmonik THD
69 kV dan dibawah 3.0% 5.0%
69.001 kV-161 kV 1.5% 2.5%
2.8.2 Persamaan Harmonisa
Gelombang harmonisa dan terdistorsi merupakan sebuah gelombang kontinu dan periodik sehingga sesuai dengan deret Fourier seperti Persamaan berikut. Misalkan fungsi x(t) berada pada interval –T/2<x<T/2 dan periodik dengan periode T. deret fourier untuk fungsi tersebut adalah :
atau sama dengan:
………...……… ( 2.30)
Dimana : , dan n disebut juga orde dari suatu harmonisa yaitu 0,1,2,3,4,…
Fungsi x(t) ini adalah suatu penyertaan deret tak berhingga dimana an dan bn adalah koefisien fourier. Jika n = 2, disebut orde ke 2, jika n=3, disebut orde ke 3, dan seterusnya.
Apabila ruas kiri dan ruas kanan dari persamaan 2.30 diintegralkan dengan batas integral dari –T/2 sampai T/2, maka akan menghasilkan :
…………..…. (2.31)
Sehingga :
………..………. (2.32)
Untuk menentukan an, kedua ruas pada persamaan 2.31 dikalikan dengan dan diintegralkan dengan batas dari –T/2 sampai T/2 sehingga menghasilkan :
Sehingga :
………..…………. (2.33)
Untuk menentukan bn, kedua pada persamaan 2.30 dikalikan dengan dan diintergralkan dengan batas dari –T/2 sampai T/2 sehingga menghasilkan :
Integral suku pertama, kedua, dan keempat dari persamaan di atas sama dengan nol karena nilai rata-rata dari sebuah fungsi sinus dan cosinus sama dengan nol sehingga persamaan di atas menjadi :
Sehingga :
• Fungsi ganjil
Fungsi ganjil seperti sin t, dimana x(t) dan x(-t) adalah negatif satu sama lainnya, apabila didefenisikan maka x(t) dikatakan sebagai fungsi ganjil jika x(-t) = -x(t) sehingga :
Gambar 2.14 Bentuk grafik fungsi ganjil
• Fungsi genap
Fungsi genap seperti cos t, dimana grafik untuk sisi negatifnya adalah refleksi terhadap sumbu y dari sumbu positifnya. Secara rumus nilai x(t) sama untuk setiap nilai t yang diberikan dan juga negatifnya, ini berarti x(t) dikatakan suatu fungsi genap jika x(t) = x(-t) . maka dapat diperoleh :
Gambar 2.15 Bentuk grafik fungsi genap
Dalam pengukuran harmonisa ada beberapa petunjuk penting yang harus dimengerti, yaitu Individual Harmonic Distortion (IHD), dan Total Harmonic Distortion (THD).
Individual harmonic distortion (IHD) adalah perbandingan antara nilai
rms dari individual harmonisa terhadap nilai rms fundamentalnya. IHD ini berlaku untuk tegangan dan arus.
……….……….(2.35)
Misalnya, asumsikan bahwa nilai rms harmonisa ketiganya pada beban nonlinier adalah 20 A, nilai harmonisa kelimanya adalah 10 A dan nilai fundamentalnya adalah 60 A, maka nilai distorsi arus individual pada harmonisa ketiga adalah:
%
%
Berdasarkan pengertian di atas, nilai IHD1 adalah selalu 100%. Metode
perhitungan harmonisa ini dikenal sebagai distorsi harmonisa yang berdasarkan pada nilai fundamentalnya. Perhitungan ini digunakan oleh Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) di Amerika.
Total Harmonic Distortion (THD) adalah perbandingan antara nilai
rms dari seluruh komponen harmonisa terhadap nilai rms nilai fundamentalnya. Sebagai contoh, jika arus nonlinier mempunyai komponen fundamental I1 dan komponen harmonisanya I1, I2, I3, I4, I5, I6, I7, ..., maka nilai rms harmonisanya adalah:
………….. (2.36)
Atau dapat juga dituliskan THD Tegangan dan Arus:
THDV = ………..…..…….. (2.37)
Dimana;
Vh ; Ih = komponen harmonisa
V1 ; I1 = komponen fundamental
THD = Total Harmonic Distortion
h = orde harmonisa
Nilai THD ini digunakan untuk mengukur besarnya penyimpangan dari bentuk gelombang periodik yang mengandung harmonisa dari gelombang sinusiodal murninya. Untuk gelombang sinusiodal sempurna nilai dari THD adalah bernilai 0%.
2.8.3. Sumber Harmonisa
Sumber harmonisa pada sistem tenaga listrik dapat dibagi dalam 3 kelompok yaitu :
1. Sumber distorsi pada sisi pembangkitan
2. Sumber distorsi pada sisi penyaluran (distribusi) 3. Sumber distorsi pada sisi beban
2.8.3.1. Pada Sisi Pembangkitan
fluks yang tidak sinusoidal sehingga menghasilkan GGL induksi yang menyimpang dari sinusoidal (terdistorsi). Sumber harmonisa pada generator dapat dikelompokkan menjadi 2 jenis yaitu : harmonisa waktu, yang mana kemunculan harmonisa ini dikarenakan kejenuhan inti besi dan harmonisa ruang yang di karenakan adanya slot, celah udara dan gigi-gigi pada stator dan rotor. Harmonisa ruang pada generator dapat dibagi menjadi : harmonisa pada rotor kutub sepatu, harmonisa pada rotor silinder, dan harmonisa slot. Arus harmonisa yang dihasilkan oleh generator akan mengalir ke beban melalui transformator, rel daya, penghantar transmisi dan distribusi.
2.8.3.2. Pada Sisi Penyaluran
Pada sistem distribusi tenaga listrik terdapat salah satu perlatan yaitu transformator distribusi. Timbulnya harmonisa pada tranformator dikarenakan adanya kejenuhan pada inti besi (saturasi) mengakibatkan arus magnetisasi mengalami distorsi. Arus magnetisasi ini akan tetap mengalami distorsi walaupun tegangan yang diberikan ke kumparan primer tidak mengalami distorsi.
2.8.3.3. Pada Sisi Beban
sisi beban, pada Gambar 2.16 ditunjukkan perubahan bentuk gelombang akibat adanya harmonisa.
Gambar 2.16 Perubahan bentuk gelombang akibat adanya harmonisa
2.8.4. Jenis-Jenis Harmonisa
frekuensi 150 Hz, dan seterusnya. Perbandingan frekuensi harmonik dengan frekuensi dasar ini disebut dengan orde harmonik.
Berdasarkan dari urutan/ordenya, harmonisa dapat dibedakan menjadi harmonisa ganjil dan harmonisa Genap. Sesuai dengan namanya harmonisa ganjil adalah harmonisa ke 1, 3, 5, 7, 9, dan seterusnya. Sedangkan harmonisa Genap merupakan harmonisa ke 2, 4, 6, 8 dan seterusnya. Namun harmonisa pertama tidak dapat dikatakan sebagai hamonisa ganjil, karena merupakan komponen frekuensi fundamental dari gelomabang periodik. Sedangkan harmonisa 0 (nol) mewakili konstanta atau komponen DC dari gelombang.
Pada suatu sistem tenaga listrik tiga phasa yang seimbang diasumsikan mempunyai urutan phasa R,S,T (a,b,c), dimana besar arus dan tegangan pada setiap phasa selalu sama dan berbeda sudut 120o listrik satu sama lain. Sehingga berdasarkan urutan phasanya, harmonisa dapat dibagi menjadi 3 bagian yaitu :
1. Harmonisa urutan Positif
Gambar 2.17. Fundamental fasor
2. Harmonisa urutan Negatif
Harmonisa urutan negatif memiliki urutan phasa yang berlawanan dengan fasor aslinya yang terdiri dari tiga fasor yang sama besarnya, dan saling berbeda phasa 1200. (R,T,S atau a,c,b) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.18. Dimana harmonisa negatif ini terdiri dari harmonisa ke-2, ke-5, ke-8, dan seterusnya.
Gambar 2.18 Fasor harmonik urutan negatif
3. Harmonisa urutan Kosong/Nol (zero sequence)
ke-3, ke-6, ke-9, dan seterusnya, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.19 berikut ini.
Gambar 2.19 Fasor harmonik urutan nol
Dari jenis-jenis harmonisa berdasarkan urutan phasa diatas maka dapat disimpulkan dalam Tabel 2.3
Tabel 2.3. Urutan polaritas harmonisa pada sistem tiga phasa
Orde Harmonisa 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Frekuensi ( Hz) 50 100 150 200 250 300 350 400 450
Urutan + - 0 + - 0 + - 0
Tabel 2.4 Akibat dari polaritas dari komponen harmonisa
urutan Pengaruh pada motor Pengaruh pada sistem distribusi positif Menimbulkan medan
magnet putar arah maju (forward)
Panas
negatif Menimbulkan medan magnet putar arah mundur (reverse)
Panas
Arah putaran motor berubah
nol Tidak ada Panas
Menimbulkan/menambah arus pada kawat netral
2.8.5 Dampak Harmonisa Pada Peralatan
Dalam analisis rangkaian linier, elemen-elemen rangkaian seperti R, L, dan C, merupakan idealisasi peralatan-peralatan nyata yang nonlinier. Dalam sub Bab
ini akan dijelaskan pengaruh adanya komponen harmonisa, baik arus maupun tegangan, terhadap peralatan-peralatan sebagai benda nyata. Pengaruh ini dapat kita klasifikasi dalam dua kategori yaitu:
1). Dampak langsung yang merupakan peningkatan susut energi yaitu energi “hilang” yang tak dapat dimanfaatkan, yang secara alamiah berubah menjadi panas.
Tabel 2.5 Dampak Harmonisa pada Peralatan
Peralatan Dampak Harmonisa Hasil
Konduktor Peningkatan daya nyata yang diserap oleh konduktor
Rugi-rugi jaringan Meningkat
Kapasitor Penyusutan impedansi kapasitor dengan meningkatnya frekuensi Reaktansi induktif sama dengan
reaktansi kapasitif sehingga
Menambah thermal Stress
Transformator Harmonisa tegangan menyebabkan tegangan transformator meningkat dan penekanan pada isolasi
Pemanasan pada
Arus netral meningkat Relay Penambahan komponen torsi
Karakteristik waktu tunda relay berubah
Kesalahan pembacaan Kesalahan trip dari
Relay Mesin Berputar Peningkatan rugi-rugi
Harmonisa tegangan
menghasilkan medan magnet berputar pada kecepatan sesuai frekuensi harmonisa
Pemanasan pada mesin berputar
Menambah thermal Stress
Mengurangi Umur Operasi
Mengurangi effisiensi Getaran mekanik dan
bising
Peningkatan rugi-rugi inti dan tembaga pada kumparan stator dan rotor
Alat Ukur Elektromekanik
Harmonisa menghasilkan penambahan torsi pada piringan yang dapat menyebabkan operasi tidak sesuai karena peralatan dikalibrasi pada dapat menghasilkan kopling induktif yang akan merusak kinerja sistem komunikasi
Menimbulkan interfrensi pada
2.8.6 Identifikasi Harmonisa Pada kWh Meter Induksi
Untuk mengidentifikasi kehadiran harmonisa pada kWh meter tipe induksi, dapat diketahui melalui langkah-langkah sebagai berikut:
1. Identifikasi Jenis Beban
Jenis beban yang dipasok. 2. Pemeriksaan kWh meter
Untuk kWh meter yang memasok beban nonlinier apakah ada tambahan torsi pada kWh meter. Apabila torsi dari kWh meter bertambah maka dapat diperkirakan adanya harmonisa dan kemungkinan kesalahan pembacaan.
2.8.7 Alat Ukur Harmonisa
Gambar 2.20 Power System Multimeter
L O A D
PSM
CHANNEL A CHANNEL B
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Umum
Metode penelitian ini merupakan suatu cara yang harus ditempuh dalam kegiatan penelitian agar pengetahuan yang akan dicapai dari suatu penelitian dapat memenuhi harga ilmiah. Dengan demikian penyusunan metode ini dimaksudkan agar peneliti dapat menghasilkan suatu kesimpulan yang dapat dipertanggung jawabkan secara ilmiah. Metode penelitian ini mencakup beberapa hal yang masing-masing menentukan keberhasilan pelaksana penelitian guna menjawab permasalahan guna disampaikan dalam penelitian, langkah-langkah yang telah ditetapkan adalah penetapan tempat dan waktu penelitian, penetapan obyek penelitian, penetapan variabel penelitian penetapan metode pengumpulan data, dan teknik analisis data.
3.2 Waktu dan Tempat Penelitian
Tempat penelitian di Laboratorium Pengukuran Besaran Listrik, Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan. Penelitian dilaksanakan pada bulan Desember 2012.
3.3 Lama Penelitian
mendapatkan data-data mengenai pengaruh beban nonlinier terhadap kinerja kWh meter induksi satu fasa.
3.4 Pendekatan Penelitian
Pendekatan penelitian adalah metode atau cara mengadakan penelitian, juga menunjukkan jenis atau penelitian yang diambil. Berdasarkan pengertian tersebut maka penelitian ini adalah penelitian diskriptif, yaitu penelitian yang bertujuan untuk menggambarkan keadaan obyektif dalam penelitian, dalam hal ini adalah pengaruh beban nonlinier terhadap kinerja kWh meter induksi satu fasa.
3.5 Obyek Penelitian
Obyek penelitian ini adalah melihat besar harmonisa yang terkandung pada beban nonlinier dan seberapa besar pengaruhnya terhadap kinerja kWh meter induksi satu fasa serta besar persentasi kesalahan pembacaan kWh meter induksi satu fasa.
3.6 Variabel Penelitian
Variabel penetian adalah obyek penelitian atau apa saja yang menjadi titik perhatian suatu penelitian. Variabel dalam penelitian adalah :
1. Kandungan harmonisa beban nonlinier
3.7 Metode Pengumpulan Data
Metode pengumpulan data dalam suatu penelitian akan sangat menentukan keberhasilan penelitian, oleh karena itu perlu direncanakan dengan tepat dalam memilih metode untuk pengumpulan data. Sedangkan metode-metode tersebut adalah sebagai berikut :
3.7.1 Metode Dokumentasi
Yang dimaksud metode dokumentasi adalah cara memperoleh data melalui hal-hal atau variabel yang berupa catatan, transkrip, buku, surat kabar, majalah dan lain-lain. Adapun dokumentasi yang akan peneliti gunakan adalah data-data yang berhubungan dengan nominal dari kWh meter dan nominal dari beban nonlinier yang di peroleh dari name platenya dan selanjutnya dicatat.
3.7.2 Metode Observasi
Pengumpulan data dengan observasi langsung atau dengan pengamatan langsung adalah cara pengambilan data ketempat penelitian. Dalam hal ini penulis langsung berada di lokasi penelitian yaitu di Laboratorium Pengukuran Besaran Listrik dan mengadakan penelitian mengenai hal-hal yang perlu dicatat sebagai data dalam penelitian.
3.8 Langkah-Langkah Penelitian
Langkah-langkah penelitian yang ditempuh dalam penelitian ini meliputi :
3.8.1 Tahap Persiapan
1. Mempersiapkan alat dan bahan untuk penelitian, semua alat dan bahan yang akan digunakan harus dipersiapkan terlebih dahulu.
2. Mengkondisikan obyek penelitian.
Obyek penelitian yang dimaksudkan disini adalah kWh meter satu fasa dan beban nonlinier. Adapun langkah mengkondisikan obyek penelitian ini meliputi:
a) Memastikan bahwa kWh meter dapat beroperasi dan menyediakan beban nonlinier dan lain-lain.
b) Memeriksa Power System Multimeter apakah sudah disetting dengan benar.
3. Mengkondisikan alat ukur.
Alat ukur sebagai alat pengambil data harus memiliki validitas yang baik. Untuk mendapatkan validitas yang baik alat ukur harus disetting sesuai dengan keadaan seperti frekuensi operasi.
3.8.2 Tahap Pengambilan Data
Tujuan dari tahap ini untuk memperoleh data penelitian yang meliputi % kesalahan pembacaan kWh meter, THD arus dan tegangan dari tiap-tiap beban nonlinier. Dalam tahap pengambilan data dilaksanakan dua macam pengukuran.
Adapun pengukuran tersebut dilakukan untuk memperoleh data:
1) % kesalahan yang diperoleh berdasarkan rumus yang telah dijelaskan sebelumnya setelah besar energi sudah diketahui
3.9 Teknik Analisis Data
Analisis data merupakan bagian penting dalam penelitian, karena dengan analisis data yang diperoleh mampu memberikan arti dan makna untuk memecahkan masalah dan mengambil kesimpulan penelitian. Dalam penelitian ini teknik analisis data yang digunakan adalah analisis matematis untuk mendapatkan hasil penelitian. Analisis ini adalah mengadakan perhitungan-perhitungan berdasarkan rumus yang berlaku di dalam perhitungan kesalahan pembacaan kWh meter.
Jika daya yang mengalir konstan, maka untuk suatu kWh meter dapat kita tuliskan hubungan
Dimana :
E = energi (kWh)
N = Jumlah putaran piringan
C = Konstanta kWh meter ( Put/ kWh)
P = Daya (kW)
t = Waktu (detik)
Rumus yang digunakan dalam perhitungan kesalahan pembacaan kWh meter adalah
Jika untuk membuat N putaran diperlukan waktu t detik, sedangkan daya yang masuk sebesar P watt, maka jumlah energi sebenarnya W2 adalah:
Dimana:
EP = Jumlah energi yang dicatat oleh meteran yang terpasang
ES = Jumlah energi yang sebenarnya.
3.10 Alat dan Bahan
3.11 Rangkaian Pengujian
Gambar 3.1 dibawah ini menunjukkan rangkaian pengujian pada saat pengukuran.
Gambar 3.1 Rangkaian pengujian
3.12 Prosedur Pengujian
Percobaan ini dilakukan dengan prosedur sebagai berikut:
a. Rangkaian pengujian disusun seperti gambar 3.1
b. Beban dipasang berupa lampu hemat energi (XL, dan TL), dan laptop
c. Autotrafo diatur sehingga kelurannya sebagai catu tegangan 220 Volt.
e. Prosedur yang sama dilakukan dengan mengubah-ubah beban berupa lampu pijar, lampu TL, lampu XL, dan laptop.
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Umum
kWh meter merupakan alat yang digunakan perusahaan listrik untuk mengukur energi listrik yang dipakai oleh konsumen. Pembacaan energi listrik dangan benar sangat penting untuk mendapat perhatian baik oleh pelanggan maupun penyedia energi listrik, sebab kesalahan pembacaan kWh meter jenis induksi dapat merugikan salah satu pihak baik penyedia energi listrik ataupun konsumen. Adanya harmonisa yang ditimbulkan oleh beban nonlinier di sinyalir dapat mengakibatkan kesalahan pembacaan kWh meter jenis induksi. Pemakaian beban nonlinier dalam industri maupun rumah tangga seperti lampu hemat energi (LHE), komputer, printer, inverter, laptop, dan peralatan lainnya yang menggunakan bahan semikonduktor dapat menimbulkan harmonisa yang sangat besar sehingga mempengaruhi pembacaan kWh meter.
Dalam penelitian ini di analisis seberapa besar pengaruh beban nonlinier terhadap kesalahan pembacaan kWh meter induksi satu fasa.
4.2 Hasil Penelitian
4.2.1 Pengujian Beban Linier
Pada pengujian beban linier, peneliti hanya meneliti lampu pijar sebagai bebannya. Tabel 4.1 menunjukkan hasil pengujian untuk beban linier tegangan tetap beban berubah.
4.2.1.a Analisa Data Persen Kesalahan Beban Linier
Untuk Beban 5 Lampu Pijar
Untuk Beban 6 Lampu Pijar
Untuk Beban 8 Lampu Pijar
4.2.2 Pengujian Beban Nonlinier dan Campuran
Pengujian pada beban nonlinier, peneliti menyediakan beban seperti lampu XL, TL, pijar, dan Laptop. Tabel 4.2 menunjukkan hasil pengujian untuk beban nonlinier dan campuran.
Tabel 4.2 Data pengujian untuk beban nonlinier dan campuran
Beban Put t
4.2.3 Pengujian Pada Beban 5XL
Tabel 4.3 dibawah ini menunjukkan besar kandungan harmonisa arus dan tegangan pada beban 5 XL.
4.2.3.a Analisa IHD Tegangan Untuk Beban 5 XL
4.2.3.b Analisa IHD Arus Untuk Beban 5 XL
4.2.3.c Analisa THD Arus dan Tegangan Untuk Beban 5 XL
4.2.3.e Analisa Persen Kesalahan Tiap Orde Harmonisa Pada Beban 5 XL
Untuk harmonisa ke-3
Untuk harmonisa ke-5
Untuk harmonisa ke-7
Untuk harmonisa ke-9
Untuk harmonisa ke-13
Untuk harmonisa ke-15
Untuk harmonisa ke-17
Untuk harmonisa ke-19
Untuk harmonisa ke-21
4.2.3.f Bentuk Gelombang Arus dan Tegangan Pada Beban 5 XL
Gambar 4.1.a Bentuk gelombang arus dan tegangan beban 5 XL
(b) (c)
Gambar 4.1.(b) dan (c) Spektrum dari gelombang tegangan dan arus beban 5 XL
4.2.4 Pengujian Pada Beban 2 TL
Tabel 4.4 dibawah ini menunjukkan besar kandungan harmonisa arus dan tegangan pada beban 2 TL.
4.2.4.a Analisa IHD Tegangan Untuk Beban 2 TL
4.2.4.b Analisa IHD Arus Untuk Beban 2 TL
4.2.4.c Analisa THD Tegangan dan Arus Pada Beban 2 TL
4.2.4.e Analisa Persen Kesalahan Tiap Orde Harmonisa Pada Beban 2 TL
Untuk harmonisa ke-3
Untuk harmonisa ke-5
Untuk harmonisa ke-7
Untuk harmonisa ke-11
Untuk harmonisa ke-13
4.2.4.f Bentuk Gelombang Arus dan Tegangan Pada Beban 2 TL
Gambar 4.2.a, 4.2.b, dan 4.2.c dibawah ini menunjukkan bentuk gelombang keluaran arus dan tegangan beserta spektrumnya pada beban 2 TL, sedangkan Gambar 4.2.d menunjukkan grafik % error terhadap orde harmonisa.
(b) (c)
Gambar 4.2.(b) dan (c) Spektrum dari gelombang tegangan dan arus beban 2 TL
Gambar 4.2.d Grafik % error terhadap orde harmonisa beban 2 TL
4.2.5 Pengujian Pada Beban 5 XL dan 2 TL
Tabel 4.5 dibawah ini menunjukkan besar kandungan harmonisa arus dan tegangan pada beban 5 XL dan 2 TL.
4.2.5.a Analisa IHD Tegangan Untuk Beban 5 XL dan 2 TL
4.2.5.b Analisa IHD Arus Untuk Beban 5 XL dan 2 TL
4.2.5.c Analisa THD Arus dan Tegangan Pada Beban 5XL dan 2 TL
4.2.5.e Analisa Persen Kesalahan Tiap Orde Harmonisa Pada Beban 5 XL
dan 2 TL
Untuk harmonisa ke-3
Untuk harmonisa ke-5
Untuk harmonisa ke-7
Untuk harmonisa ke-11
Untuk harmonisa ke-13
Untuk harmonisa ke-15
Untuk harmonisa ke-17
Untuk harmonisa ke-19
4.2.5.f Bentuk Gelombang Arus dan Tegangan Pada Beban 5 XL dan 2 TL
Gambar 4.3.a, 4.3.b, dan 4.3.c dibawah ini menunjukkan bentuk gelombang keluaran arus dan tegangan beserta spektrumnya pada beban 5 XL dan 2 XL, sedangkan Gambar 4.3.d menunjukkan grafik % error terhadap orde harmonisa.
Gambar 4.3.a Bentuk gelombang arus dan tegangan beban 5 XL dan 2 TL
(b) (c)
Gambar 4.3.d Grafik % error terhadap orde harmonisa beban 5 XL dan 2 TL
4.2.6 Pengujian Pada Beban Laptop
Tabel 4.6 dibawah ini menunjukkan besar kandungan harmonisa arus dan tegangan pada beban Laptop.
4.2.6.a Analisa IHD Tegangan Untuk Beban Laptop
4.2.6.b Analisa IHD Arus Untuk Beban Laptop
4.2.6.c Analisa THD Arus dan Tegangan Pada Beban Laptop
4.2.6.d Analisa Persen Kesalahan Pada Beban Laptop
4.2.6.e Analisa Persen Kesalahan Tiap Orde Harmonisa Pada Beban Laptop
Untuk harmonisa ke-5
Untuk harmonisa ke-7
Untuk harmonisa ke-9
Untuk harmonisa ke-11
Untuk harmonisa ke-13
Untuk harmonisa ke-17
Untuk harmonisa ke-19
Untuk harmonisa ke-21
4.2.6.f Bentuk Gelombang Arus dan Tegangan Pada Beban Laptop
Gambar 4.4.a, 4.4.b, dan 4.4.c dibawah ini menunjukkan bentuk gelombang keluaran arus dan tegangan beserta spektrumnya pada beban laptop, sedangkan Gambar 4.4.d menunjukkan grafik % error terhadap orde harmonisa.
(b) (c)
Gambar 4.4.(b) dan (c) Spektrum dari gelombang tegangan dan arus beban Laptop
Gambar 4.4.d Grafik % error terhadap orde harmonisa beban Laptop
4.2.7 Pengujian Pada Beban 2 TL, 2 Pijar, dan 1 XL
Tabel 4.7 dibawah ini menunjukkan besar kandungan harmonisa arus dan tegangan pada beban 2 TL, 2 pijar, dan 1 XL.
4.2.7.a Analisa IHD Tegangan Untuk Beban 2TL, 2 Pijar, dan 1 XL
4.2.7.b Analisa IHD Arus Untuk Beban 2 TL, 2 Pijar, dan 1 XL
4.2.7.c Analisa THD Arus dan Tegangan Pada Beban 2 TL, 2 Pijar, dan 1 XL
4.2.3.e Analisa Persen Kesalahan Tiap Orde Harmonisa Pada Beban 2 TL, 2
Pijar, dan 1 XL
Untuk harmonisa ke-3
Untuk harmonisa ke-5
Untuk harmonisa ke-7
Untuk harmonisa ke-9
Untuk harmonisa ke-13
Untuk harmonisa ke-15
Untuk harmonisa ke-17
Untuk harmonisa ke-19
4.2.7.f Bentuk Gelombang Arus dan Tegangan Pada Beban 2 TL, 2 Pijar,
dan 1 XL
Gambar 4.5.a, 4.5.b, dan 4.5.c dibawah ini menunjukkan bentuk gelombang keluaran arus dan tegangan beserta spektrumnya pada beban 2 TL, 2 Pijar, dan 1 XL, sedangkan Gambar 4.5.d menunjukkan grafik % error terhadap orde harmonisa.
Gambar 4.5.a Bentuk gelombang arus dan tegangan beban 2 TL, 2 Pijar, dan 1 XL
(b) (c)
Gambar 4.5.d Grafik % error terhadap orde harmonisa beban 2 TL, 2 Pijar, dan 1 XL
4.3 Grafik
Gambar 4.6 dibawah ini menunjukkan grafik energi sebenarnya VS % THDI, dan gambar 4.7 menunjukkan grafik % kesalahan pembacaan VS % THDI
Gambar 4.6 Grafik energi sebenarnya (ES) terhadap % THDI
Gambar 4.6 Grafik % kesalahan pembacaan terhadap % THDI 99,9
13,5 22,81 72,91 104,51 143,64
E
Grafik Energi Sebenarnya VS % THD Arus
0
13,5 22,81 72,91 104,51 143,64
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Setelah melakukan analisa dari data yang diperoleh, maka penulis dapat mengambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Semakin besar kandungan harmonisa, maka energi yang terukur oleh kWh meter juga semakin besar.
2. Dengan adanya harmonisa, maka persentase kesalahan pembacaan kWh meter semakin besar jika dibandingkan tanpa harmonisa.
3. Persentase kesalahan pembacaan kWh meter dan THDI terbesar pada penelitian ini terjadi pada pembebanan laptop yaitu sebesar 41.69 % dan 143.64 % .
4. Komposisi harmonisa arus dan tegangan tiap-tiap beban yang paling dominan adalah harmonisa ke-3, harmonisa ke-5,dan harmonisa ke-7.
5.2 Saran
Setelah hasil penelitian ini diperoleh, maka saran yang bisa penulis sampaikan adalah :
1. Perlu dilakukan usaha untuk mengurangi dampak harmonisa pada kWh meter jenis induksi supaya energi yang diukur dan kesalahan pembacaan oleh kWh meter tidak semakin besar.
DAFTAR PUSTAKA
1. A. Ahmed Hossam-Eldin dan Hasan M Reda. 2006. Study of The Effect of Harmonics On Measurments of The Energy Meters. Electrical Engineering
Department, Alexandria University, Alexandria, Egypt.
2. Arrillaga, Jos dan Neville E. Watson. 2003. Power System Harmonics. Edisi Kedua. Chichester: John Wiley & Sons.
3. Chattopadhyay, Surajit, etc. 2011. Electric Power Quality. Springer. New York
4. Cooper, W. D. 1994, Instrumentasi Elektronik dan Teknik Pengukuran, Jakarta : Erlangga.
5. De La Rosa, Francisco. C. 2006. Harmonics and Power Systems. New York: CRC Press.
6. Dugan, Roger C. dkk. 2004. Electric Power System Quality. Edisi Kedua. McGraw-Hill.
7. IEEE Std 519-1992, IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control Power System, IEEE-SA Standard Board
,PiscatawaY,USA
8. Kennedy W. Barry. 2000. Power Quality Primer. New York. McGraw-Hill
10. Purkayastha Indrajit dan Savoie J. Paul. 1990. Effect of Harmonics on Power Measurement. IEEE Transactions On Industry Applications, Vol.
26, No. 5
11. Sankaran, C. 2002. Power Quality. New York: CRC Press. 12. Sj, Masykur, 2008. Pengukuran Besaran Listrik, USU, Medan.
13. Soedjana, S., Nishino, O. 1976. Pengukuran dan Alat-alat Ukur Listrik. Jakarta : PT. Pradnya Paramita.
14. Sudirham, Sudaryatno. 2011. Analisis Keadaan Mantap Rangkaian Sistem Tenaga. Bandung : Darpublic.
