DI FAKULTAS TEKNIK (F1, F3, F4, G5, DAN G6)
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA
TUGAS AKHIR
Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan Untuk Mencapai Derajat Strata – 1 Pada Prodi Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Disusun Oleh :
Raden Saiful Ghazi ‘Adilin
20130120070
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA
YOGYAKARTA
i
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
ii
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
(Dr. Ramadhoni Syahputra, S.T., M.T.) NIK 19741010201010123057
Dosen Pembimbing II
iii
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
iv
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,...
v
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.
vi
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.
vii
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.
viii
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.
ix
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.
x
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
xi
BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI ... 5
2.1 Tinjauan Pustaka ... 5
2.2.4 Standar Harmonisa yang Diijinkan ... 11
xii
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
3.3.3 Simulasi Dengan Perangkat Lunak ETAP ... 31
3.3.4 Analisis ... 31
3.4 Cara Analisis ... 31
xiii
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
xiv
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
xv
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
1
1.1 Latar Belakang
Penggunaan beban listrik yang banyak digunakan pada Universitas Muhammadiyah Yogyakarta ialah beban yang tergolong beban non – linier
Misalnya printer, Computer, Lampu Hemat Energi, Flourescent lamp dengan balast elektronik, pendingin ruangan, peralatan listrik dengan switching
elektronik. Beban non – linier yang membebani transformator distribusi dapat menyebabkan distorsi harmonik pada sistem tenaga listrik. Harmonisa yang terletak di sistem tenaga listrik menyebabkan kerugian pada beragam peralatan diantaranya yaitu transformator distribusi. Adanya harmonisa yang besar mengakibatkan terjadinya pemanasan yang berlebih (over heating) pada transformator meskipun beban belum mencapai beban nominal.
Meningkatnya rugi – rugi pad transformator (rugi berbeban (PLL), rugi I2R,
rugi Eddy Current serta rugi sasar lainnya) menyebabkan pemanasan berlebih terhadap transformator. Dampak dari keaadaan ini akan menyebabkan penurunan kapasitas daya transformator (derating transformer). Transformator distribusi memiliki peran penting pada proses pendistribusian daya ke pusat beban dan merupakan peralatan yang paling merasakan harmonisa, karena letak dari transformator distribusi yang relatif dekat terhadap beban non linier yang ada.
Beban yang menyebabkan bentuk gelombang arus tidak sinus yang meskipun diinputkan dengan tegangan yang sinus biasa disebut dengan beban non linier. Gelombang arus yang tidak sinus atau gelombang arus terdistorsi inilah yang disebut harmonisa. Nilai harmonisa yang besar pada sistem tenaga listrik tidak diinginkan karena dapat merugikan dan dianggap sebagai gangguan dalam sistem tenaga listrik.
1.2 Rumusan Masalah
Terkait dari latar belakang di atas, maka rumusan masalah dapat diuraikan sebagai berikut :
1. Bagaimana pengaruh distorsi harmonik pada kapasitas daya transformator distribusi ?
2. Bagaimana analisis pengaruh distorsi harmonik terhadap rugi – rugi pada transformator distribusi ?
1.3 Batasan Masalah
Tugas akhir ini hanya mempelajari pada Losses dan Derating Akibat Pengaruh THD (Total Harmonic Distortion) Terhadap Transformator Distribusi di Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
Agar pembahasan tugas akhir ini sesuai sasaran, maka pembahasan dititik beratkan pada hal – hal sebagai berikut,
1. Pengaruh distorsi harmonik terhadap kondisi kerja dari trafo tersebut, meliputi penurunan kapasitas daya trafo, rugi tembaga, dan arus Eddy.
2. Perhitungan rugi – rugi pada trafo 3. Derating kapasitas daya trafo
4. Pengambilan data dilakukan hanya pada Sub Distribution Panel (SDP) di F1, F3, F4, G5, dan G6
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian tugas akhir ini adalah menganalisis losses dan derating
akibat pengaruh Total Harmonic Distortion pada transformator distribusi di Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
1.5 Metodologi Penulisan
a. Kajian Pustaka
Dalam kajian pustaka, dilakukan untuk mengetahui Total Harmonik distortion serta pustaka yang relevan dengan Tugas Akhir ini.
b. Studi Bimbingan
Studi bimbingan yang dilakukan dengan diskusi dan konsultasi dengan Dosen Pembimbing, staf pengajar pada Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
c. Mengumpulkan data – data yang diperlukan dalam penulisan Tugas Akhir ini dari Lab Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta dan menganalisanya.
1.6 Sistematika Penulisan
Untuk mengetahui proses dan tata urutan dalam penulisan tugas akhir ini, penulis memberikan sistematika penulisannya, yaitu :
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini memuat hal – hal yang melatar belakangi pembahasan tugas akhir, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, metodologi penelitian, serta sistematika penulisan.
BAB II : Tinjauan Pustaka dan Landasan Teori
Bab ini berisi tentang berbagai konsep dasar dan teori – teori yang menunjang dalam kaitannya dengan topik pembuatan tugas akhir ini dan hal – hal yang berguna dalam proses analisis permasalahan.
BAB III : METODOLOGI PENELITIAN
BAB IV : ANALISIS DATA
Bab ini akan menjelaskan tentang pengolahan hasil temuan yang didapat pada saat pengujian dan analisanya.
BAB V : KESIMPULAN
5
2.1 Tinjauan Pustaka
Dalam sebuah karya tulis illmiah karya Rinas (2012), “ Studi Analisis Losses
dan Derating Akibat Pengaruh THD pada Gardu Transformator Daya di Fakultas Teknik Universitas Udayana ”. Studi analisis ini berisi tentang pengaruh THD (Total Harmonic Distortion) pada gardu Transformator daya di Fakultas Teknik Universitas Udayana, Bali. Studi analisis yang dilakukan ini membandingkan antara losses dan derating akibat THD arus dan analisis losses energi baik secara teknis maupun ekonomis.
Dalam karya tulis Jamaah (2013), “ Pengaruh Distorsi Harmonik Terhadap Penurunan Kapasitas Daya Trafo Distribusi 3 Fasa 400 kVA di Politeknik Negeri Semarang ”. Karya ilmiah ini memiliki tujuan melakukan analisas terhadap sistem kelistrikan di Polines. Dalam karya ilmiah ini juga menampilkan tentang perhitungan rugi – rugi trafo akibat beban yang mengandung harmonik.
Dalam karya tulis Abidin (2015), “ Evaluasi Nilai Total Harmonic Distortion
(THD) Pada Transformator di Jaringan Distribusi (Studi di Feeder GJN 6 GI Gejayan) ”. Karya tulis ini bertujuan untuk mengevaluasi Total Harmonik Value
(THDv dan THDi) pada transformator distribusi berdasar pengukuran pada hasil jalur kerja transformator dan menggunakan program ETAP 7.5. Karya tulis ini mengevaluasi pada nilai harmonik total dan nilai transformator sebenarnya untuk digunakan untuk desain mengaplikasikan tapis harmonik paralel pada jalur transformator untuk mengurangi nilai total harmonik dan untuk mendefinisikan kapasitas yang tersedia untuk keberadaan trafo.
Gambar 2.1 Bentuk Gelombang Arus dan Tegangan dengan Beban Linier
Harmonic Distortion) pada Transformator distribusi di Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta (F1, F3, F4, G5, dan G6).
2.2 Landasan Teori
2.2.1 Beban Linier dan Non – Linier
2.2.1.1 Beban Linier
2.2.1.2 Beban Non – Linier
Beban non linier merupakan beban yang memiliki impedansi yang tidak tetap pada tiap periode tegangan masukan. Impedansi yang tidak tetap akan menghasilkan arus yang tidak sebanding dengan tegangan yang disalurkan. Sehingga beban yang demikian ini tidak sesuai dengan Hukum Ohm yang menyatakan arus yang berbanding lurus dengan tegangannya.
Beban non linier menghasilkan gelombang arus yang tidak berbanding lurus dengan bentuk gelombang tegangan sehingga mengakibatkan distorsi (cacat). Dengan pemakaian beban non linier yang semakin besar gelombang sinus ini dapat mengalami cacat.
Beberapa contoh beban non – linier yang biasa dipakai pada industri maupun rumah tangga yaitu :
1. Peralatan dengan Ferromagnetik : a. Transformator
b. Balast Magnetik c. Motor Induksi, dll
2. Peralatan yang menggunakan busur api listrik : a. Mesin Las
Kecenderungan pemakaian beban – beban elektronik dalam jumlah yang banyak merupakan penyebab masalah yang tidak bisa dihindari lagi. Berbeda halnya dengan beban listrik yang menarik arus sinusoidal, beban – beban elektronik menarik arus dengan bentuk non sinusoidal meskipun disuplai oleh tegangan sinusoidal. Beban – beban yang mempunyai karakteristik seperti ini disebut dengan beban non linier.
Peralatan yang menghasilkan gelombang arus yang memiliki bentuk sinus dengan frekuensi tinggi (harmonisa) biasa disebut beban non linier. Arus harmonisa ini menyebabkan banyak masalah yang ditimbulkan pada peralatan sistem tenaga listrik. Misalnya, pemanasan yang tinggi pada kapasitor, rugi – rugi jaringan akan meningkat, dan pada mesin – mesin listrik yang berputar, transformator dan juga kesalahan pada pembacaan alat ukur RMS.
2.2.2 Definisi Harmonisa
Umumnya bentuk gelombang tegangan dan arus yang ditransmisikan hingga pendistribusian dari pembangkit hingga kepusat beban memiliki gelombang sinus asli. Namun, ketika proses tersebut berjalan terjadi berbagai gangguan yang menyebabkan bentuk gelombang menjadi tidak sinus. Salah satu bentuk penyimpangan bentuk gelombang ini disebut dengan distorsi harmonik. Harmonik dapat didefinisikan sebagai gejala pembentukan gelombang sinusoidal dengan frekuensi yang merupakan perkalian bilangan bulat dengan frekuensi operasinya. Jika telah terjadi superposisi antara gelombang frekuensi operasi dengan gelombang frekuensi harmonik maka terbentuklah frekuensi gelombang yang terdistorsi yang menjadikan bentuk gelombang tidak sinus.
Berdasarkan IEC (International Electrotechnical Commision) 6100 – 2 – 1- 1990, harmonik didefinisikan dengan tegangan atau arus sinus yang memiliki kelipatan frekuensi pasokan sistem tenaga listriknya sebagaimana yang dirancang untuk beroperasi (50 Hz atau 60 Hz).
tenaga listriknya dirancang untuk beroperasi (frekuensi fundamental (50 Hz atau 60 Hz).
Menurut Roger C. Dugan (1996) menyatakan bahwa bentuk gelombang yang terganggu dapat didekomposisi menjadi jumlah dari frekuensi fundamental dan frekuensi harmoniknya. Distorsi harmonik muncul akibat dari penggunaan beban yang mempunyai karakteristik beban non linier dan beban pada sistem tenaga listriknya.
Menurut sumber gelombangnya, harmonisa ada dua macam antara lain harmonisa arus dan tegangan. Menurut urutan orde harmonisa, harmonisa dibagi menjadi harmonisa orde ganjil (even) dan genap (odd). Harmonisa yang termasuk orde ganjil yaitu harmonisa ke 3, 5, 7, 9, dan seterusnya. Orde harmonisa pertama ialah gelombang asli pada frekuensi fundamentalnya. Harmonisa orde genap yaitu harmonisa ke 2, 4, 6, 8, dan seterusnya. Menurut urutan fasanya harmonisa ada tiga yaitu harmonisa urutan negatif, urutan nol, dan urutan positif. Harmonisa urutan negatif mempunyai fasa yang berlawanan dengan gelombang asli frekuensi fundamentalnya. Harmonisa urutan nol tidak memiliki pengaruh pada putaran medan tetapi menghasilkan panas pada sistem dan komponen. Harmonisa urutan fasa positif memiliki fasa yang sama dengan gelombang asli.
2.2.3 Indeks Harmonisa
Pengaruh harmonisa terhadap kualitas tegangan dan arus dapat dianalisa dengan menggunakan indeks harmonik, yaitu THD (Total Harmonic Distortion) dan TDD (Total Demand Distortion).
Indeks yang disebut dengan THD (Total Harmonic Distortion) merupakan perbandingan nilai komponen fundamental yang biasanya dalam bentuk persen. Biasanya THD dipakai untuk menentukan bentuk penyimpangan bentuk gelombang arus dan tegangan yang mengandung harmonisa terhadap gelombang sinus asli setiap satu periode.
Perbedaan dari THDV dan THDI yaitu pada THDv digunakan untuk
menetukan kualitas tegangan dari sumber sedangkan pada THDI untuk
menentukan kualitas arus dari beban. Pada umumnya sumber dirancang untuk mengalirkan tegangan yang mendekati sinus asli sehingga nilai THD tegangan yang diizinkan jauh lebih kecil dibanding THDI –nya. Bahaya yang ditimbulkan
oleh THDI yaitu mengakibatkan pemanasan yang berlebih. Akan tetapi, THDv
yang tinggi juga merupakan indikasi adanya harmonisa arus yang terlalu besar, sebab sumber tegangan yang umumnya dirancang sinus.
� � =√∑ �ℎ menyatakan nilai THD arus dan tegangan. Peranan dari setiap komponen terhadap distorsi tegangan dan arus biasa dinyatakan oleh IHD (Individual Harmonic Distortion).
Untuk harmonisa tegangan dan arus pada orde ke – h, nilai IHD dinyatakan sebagai berikut :
� = �ℎ
�� = ℎ× % (2.4)
Nilai THD dapat dilihat untuk menentukan besarnya arus terdistorsi, namun hal tersebut dapat salah diinterprestasikan. Kecilnya arus yang mengalir dapat mempunyai nilai THD yang tinggi, akan tetapi tidak dijadikan penyebab sistem tenaga listrik rusak. Banyak penganalisa mencoba menghindari kesulitan yang ada dengan merujuk THD pada arus beban puncak frekuensi fundamental dan tidak melihat sampel sesaat pada frekuensi fundamental. Hal ini disebut Total Demand Distortion (TDD) dan masuk dalam standar IEEE 519 – 1992, tentang “
Recomended Practices and Requirement for Harmonic Control in Electrical
Power System ”.
Maka TDD dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :
��� = √∑ ℎ
∞ ℎ=
� × % (2.5)
dengan Ih yaitu arus harmonisa orde ke – h
IL yaitu arus beban puncak pada frekuensi dasar yang diukur pada PCC (the maximum demand load current)
Mencari nilai IL dapat dilakukan dengan cara menghitung nilai rata – rata
maksimum selama periode pengukuran.
2.2.4 Standar Harmonisa yang Diijinkan
2.2.4.1 Batas Distorsi Tegangan Harmonisa Utility
Tabel 2.1 IEEE Standart 519 – 1992, Standar Batas Distorsi Tegangan Harmonisa
Maksimum
Voltage at PCC Individual Component Voltage Distortion yang dapat dipakai pada kondisi operasi dengan waktu sedikitnya satu jam. Untuk kondisi – kondisi yang sesaat seperti switching, permulaan atau starting beban, dan keadaan non steady – state lainnya, batas – batas ini mungkin bisa terlewati sampai 50 %.
2.2.4.2 Batas Distorsi Arus Harmonisa Utility
Merujuk pada IEEE standard 519 – 1992, merekomendasikan nilai – nilai berikut sebagai batas maksimum yang disarankan untuk distorsi arus.
Tabel 2.2 IEEE Standart 519 – 1992, Standar Batas Distorsi Arus Harmonisa Maksimum
69 kV < Vn≤ 161 kV
ISC yaitu nilai maksimum arus hubung singkat
IL yaitu arus permintaan maksimum
TDD (Total Demand Distortion (%))
2.2.5 Pengaruh Harmonisa Pada Transformator
Pada transformator, rugi – rugi yang disebabkan harmonisa arus dan tegangan bergantung pada frekuensi. kenaikan frekuensi mengakibatkan semakin meningkatnya rugi – rugi. Harmonisa dengan frekuensi tinggi adalah pemicu dari pemanasan utama dibandingkan harmonisa dengan frekuensi rendah.
Harmonisa arus menyebabkan peningkatan rugi – rugi fluks dan rugi – rugi tembaga. Sedangkan harmonisa tegangan menyebabkan peningkatan rugi – rugi besi bocor dan peningkatan stress pada isolasi. Efek keseluruhannya adalah over heating atau pemanasan berlebih apabila dibandingkan dengan operasi dengan gelombang sinus murni.
Losses berbeban terdiri dari rugi belitan, rugi arus eddy dan rugi sasar lainnya (other stray loss), atau dalam bentuk persamaan dapat dinyatakan sebagai berikut:
��� = � + � + � � (watt) (2.6)
dengan,
PDC adalah rugi – rugi yang dihasilkan oleh arus beban dan tahanan dc belitan
PEC adalah rugi – rugi arus eddy belitan
POSL adalah rugi – rugi sasar lain dalam klem, tangki, dan lainnya
2.2.5.1 Pengaruh Harmonik pada Rugi Belitan
Jika nilai RMS arus beban meningkat dengan timbulnya komponen harmonisa, maka rugi – rugi belitan (PDC) akan bertambah dengan kuadrat arus.
� = � × � = � × (∑ℎ=ℎ ℎ= � ℎ, ) (watt) (2.7)
Penambahan faktor penyebab yang menaikkan nilai rms arus pada rugi – rugi yang didasarkan pada kandungan harmonisa, dengan IR adalah arus nominal maka rugi – rugi dapat didefinisikan dengan persamaan dalam per – unit.
� � = � − � . ∑ ℎ ℎ= �[ ℎ � ] (2.8)
dengan,
PDC adalah rugi – rugi tembaga belitan trafo (watt)
PDC – R adalah rugi – rugi tembaga belitan pada rating arus (watt)
Ih adalah arus harmonisa (perunit)
2.2.5.2 Pengaruh Harmonik pada Rugi Arus Eddy
� � = � − � . ∑ℎ=ℎ ℎ= �[[ ℎ � ] ℎ ] � (2.9)
dengan,
Ih yaitu arus rms pada orde harmonik (perunit)
PEC – R yaitu rugi arus eddy pada kondisi rating kerja (perunit)
2.2.5.3 Pengaruh Harmonik pada Rugi Sasar Lainnya
Faktor rugi – rugi harmonisa untuk rugi – rugi sasar lain dapat di tulis dalam bentuk yang sama seperti untuk arus eddy belitan :
2.2.6 Akibat yang Ditimbulkan Oleh Harmonik
Dampak yang ditimbulkan harmonisa ialah dapat merusak perlengkapan mesin – mesin listrik, transformator, switchgear, fuse dan rele proteksi. Tranformator, peralatan pemutus (switchgear), dan motor listrik akan mengalami peningkatan rugi – rugi dan pemanasan berlebih. Pada motor induksi akan mengalami kesalahan gagal start dan berputar pada kecepatan subsinkron. Pemutus tenaga akan mengalami kesalahan pemutusan arus. Umur kapasitas akan lebih pendek disebabkan panas dan stress dari dielektriknya. Karakteristik arus waktu dari fuse dapat berubah, dan rele proteksi akan mengalami perilaku yang tak tentu.
Dampak lain yang ditimbulkan oleh adanya harmonisa antara lain adalah : 1. adanya getaran mekanik pada panel listrik yang membuat getaran
resonansi mekanik terhadap pengaruh harmonik arus frekwensi tinggi. Harmonik akan menyebabkan tambahan torsi pada kWH meter jenis elektromekanis yang menggunakan piringan induksi berputar. Sebagai akibatnya terjadi kesalahan penunjukan kWH meter karena piringan induksi tersebut dirancang hanya untuk berputar pada frekwensi dasar. 2. Pemutus beban dapat bekerja di bawah arus pengenalnya atau mungkin
tidak bekerja pada arus pengenalnya.
3. Interferensi frekwensi pada sistem telekomunikasi karena biasanya kabel untuk keperluan telekomunikasi ditempatkan berdekatan dengan kawat netral. Triplen harmonisa pada kawat netral dapat memberikan induksi harmonik yang mengganggu sistem telekomunikasi.
4. Kerusakan pada sistem komputer.
2.2.7 Derating Kapasitas Trafo
dimaksudkan dalam tugas akhir ini hanya membahas tentang analisis penurunan kapasitas daya trafo.
Menurut Bambangdjaya (2011), “Perhitungan untuk menentukan nilai
derating suatu trafo dapat dilakukan dengan metode perhitungan nilai THDF (Transformer Harmonic Derating Factor) ”. Faktor pengali yang dapat digunakan untuk menghitung besar kapasitas daya baru (kVAbaru) sebuah trafo yang biasa
disebut THDF. Pada dasarnya harga THDF trafo dipengaruhi oleh nilai THD terukur dari sebuah transformator akibat dibebani dengan beban non – linier.
Harga Transformer Harmonic Derating Faktor dapat dicari dengan rumus sebagai berikut :
Persamaan untuk menghitung nilai kVAbaru adalah :
��� � = � �� × ����� �� (2.12)
dengan,
kVAbaru adalah kapasitas daya terpasang baru trafo
kVApengenal adalah kapasitas daya terpasang lama
THDF adalah Transformer Harmonic Distortion Factor
2.2.8 Program ETAP (Electric Transient and Analysis Program)
mengendalikan sistem secara real time. Pada ETAP memiliki berbagai macam fitur, yang diantaranya fitur yang dimanfaatkan untuk dilakukan analisa sistim pembangkit tenaga listrik, sistim transmisi maupun sistim distribusi tenaga listrik. Awalnya ETAP dirancang dan dikembangkan untuk menjaga kualitas keamanan nuklir di Amerika Serikat yang kemudian dikembangkan menjadi sistem monitor manajemen energi secara real time, kontrol, optimasi sistem tenaga listrik, dan simulasi (Awaluddin, 2007). ETAP dipakai untuk membangun projek sistem tenaga listrik dalam bentuk one line diagram dan jalur sistem pentanahan untuk berbagai bentuk analisis, antara lain aliran daya, hubung singkat, koordinasi relay proteksi, starting motor, sistem harmonisa, dan trancient stability. Projek sistem tenaga listrik memiliki masing – masing komponen rangkaian yang dapat diganti secara langsung dari one line diagram dan atau jalur sistem pentanahan. Untuk memudahkan hasil perhitungan analisis dapat ditampilkan pada diagram satu garis.
ETAP dimungkinkan dapat digunakan untuk bekerja secara nyata dengan display gambar diagram satu garis. ETAP dibuat sesuai dengan tiga hal utama, antara lain :
1. Simplicity in Data Entry
ETAP memiliki data yang detail untuk setiap elemen yang digunakan. Dengan menggunakan editor data, dapat mempercepat proses entri data suatu elemen. Data – data yang ada pada program ini telah dimasukkan sesuai dengan data – data yang ada di lapangan untuk berbagai jenis analisa atau desain.
2. Total Integration Data
(short-circuit analysis) yang membutuhkan parameter listrik dan parameter koneksi- serta perhitungan ampacity derating suatu kabel -yang memerlukan data fisik routing.
3. Virtual Reality Operation
Sistim operasi yang terdapat pada program yang sama dengan sistem operasi pada kondisi yang nyata. Misal, pada saat membuka atau menutup
sebuah sirkuit breaker, menempatkan suatu elemen pada
sistem, mengubah status operasi suatu motor, dan untuk kondisi re-energized pada suatu elemen dan subelemen sistem ditunjukkan pada gambar diagram satu garis dengan warna abu-abu.
Penggambaran diagram satu garis secara grafis dan digunakan untuk dilakukan beberapa analisis yaitu Load Flow (aliran daya), Short Circuit (hubung singkat), motor starting, harmonisa, transient stability, protective device coordination, dan cable derating.
Didalam ETAP terdapat fasilitas Library yang akan memudahkan dalam merancang suatu sistem kelistrikan. Library ini dapat dirubah atau dapat ditambahkan dengan informasi peralatan jika dibutuhkan.
Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam bekerja dengan ETAP adalah : 1. Library, informasi mengenai semua peralatan yang akan dipakai dalam
sistem kelistrikan. Data elektris maupun mekanis dari peralatan yang detail / lengkap dapat mempermudah dan memperbaiki hasil simulasi / analisa. 2. One Line Diagram, menunjukkan hubungan antar komponen listrik
sehingga membentuk suatu sistem kelistrikan.
3. Study Case, berisikan parameter – parameter yang berhubungan dengan metode studi yang akan dilakukan dan format hasil analisa.
2.2.8.1 Komponen Alternating Current Proteksi Sistem Tenaga Listrik
Komponen Alternating Current padaETAP dalam bentuk One Line Diagram ditunjukkan dengan simbol, kecuali elemen-elemen IDs, penghubung bus dan status. Semua datadimasukkan dalam sistem editnya yang telah dipertimbangkan oleh para pengguna. Daftar seluruh elemen ac pada software
ETAP ada pada AC toolbar.
1. Generator
Generator adalah peralatan listrik yang berperan sebagai penghasil daya listrik.
Gambar 2.5 Simbol Generator di ETAP
2. Load
Beban listrik sistem distribusi tenaga listrik dimasukkan dalarn ETAP berupa rated kV dan MVA yang ditampilkan pada bagian atas iriformasi editor load. Di ETAP terdapat dua macam beban, yaitu beban statis dan beban dinamis. Simbol load padaETAP ditunjukkan pada gambar dibawah ini.
3. Pemutus Rangkaian
Merupakan sebuah saklar otomatis yang dirancang untuk melindungi sebuah rangkaian listrik dari kerusakan yang disebabkan oleh kelebihan beban
atau hubungan pendek. Simbol pemutus rangkaian di ETAP ditunjukkan pada gambar.
Gambar 2.7 Simbol Pemutus Rangkaian di ETAP
4. Bus
Bus AC atau node sistem distribusi tenaga listrik dimasukkan dalam ETAP. Editor bus sangat membantu untuk pemodelan berbagai tipe bus dalam sistem tenaga listrik. Generator, motor dan beban statik adalah elemen yang dapat dihubungkan dengan beberapa bus yang diinginkan. Simbol bus padaETAP ditunjukkan gambar.
Gambar 2.8 Simbol Bus di ETAP
5. Transformator
Transformator sistem distribusi 2 kawat dimasukkan dalam editor power station software, transformator 2 kawat pada power station software ETAP ditunjukkan dengan simbol berikut.
2.2.8.2 Komponen – Komponen pada ETAP
Suatu sistem tenaga terdiri dari sub-sub bagian, salah satunya adalah aliran daya dan hubung singkat. Untuk merancang sirnulasi load flow dan short circuit, maka data-data yang digunakan untuk menjalankan program simulasi antara lain:
1. Data Transformator 2. Data Generator 3. Data Beban
4. Data Kawat Penghantar
5. Data Bus
2.2.8.3 Komponen Aliran Daya (Load Flow)
Program analisis aliran daya padaETAP dapat menghitung tegangan pada tiap – tiap cabang, aliran arus pada sistem tenaga listrik, dan aliran daya yang mengalir pada sistem tenaga listrik. Metode perhitungan aliran daya dapat dipilih untuk efisiensi perhitungan yang lebih baik. Metode perhitungan aliran daya pada software ETAP ada tiga, yaitu Newton Raphson, Fast-Decouple dan Gauss Seidel.
Gambar 2.10 dari kiri ke kanan menunjukkan tool dan toolbar aliran daya, yaitu:
1. Run Load Flow digunakanaliran daya yang menghasilkan atau menampilkan hasil perhitungan aliran daya sistem distribusi tenaga listrik dalam diagram satu garis.
2. Update Cable Load Current digunakan untuk merubah kapasitas arus pada kabel sebelum load flow di running
3. Display Option adalah bagian tombol untuk menampilkan hasil aliran daya.
4. Alert digunakanuntuk menampilkan batas kritis dan marginal dari hasil keluaran aliran daya sistem distribusi tenaga listrik.
5. Report Manager digunakanuntuk menampilkan hasil aliran daya dalam bentuk report yang dapat dicetak.
2.2.9 Power Quality Analyzer
Power quality analyzer yaitu suatu alat yang digunakan pengukuran untuk mengetahui kualitas daya dari tenaga listrik. Alat ini sangat lengkap, karena dapat digunakan untuk mengukur tegangan, arus listrik, frekuensi, daya kompleks, daya aktif, daya reaktif, dan faktor daya.
Gambar 2.11 PowerPad Model 3945-B
Power quality analyzer yang digunakan untuk penelitian tugas akhir ini yaitu
PowerPad Model 3945-B. Power quality analyzer ini mudah digunakan dan tahan guncangan. Alat ini ditujukan untuk para teknisi dan engineer untuk melakukan pengukuran dan pekerjaan diagnostik serta kualitas daya bekerja pada satu, dua, atau tiga fase jaringan tegangan rendah.
Pengguna dapat mendapatkan bentuk gelombang dari karakteristik utama jaringan listrik, dan memonitor variasi pengukuran selama periode waktu tertentu. Sistem multi – tasking pengukuran yang simultan dapat menangani semua fungsi pengukuran dan tampilan bentuk gelombang dari berbagai besaran, deteksi, rekaman yang terus menerus.
Dibawah ini adalah gambar dari PowerPad Model 3945-B :
Keterangan gambar 2.11, sebagai berikut : 1. Over molded protective case
2. Layar LCD berwarna dengan representasi grafis dari parameter sistem dan pengukuran
3. Enam tombol fungsi yang digunakan untuk merubah mode tampilan 4. Empat tombol fungsi yang digunakan pengguna untuk :
a. Melakukan setup parameter pada alat
b. Mengambil gambar dari tampilan layar yang dapat disimpan di memori
d. Tombol bantuan 5. Tombol ON / OFF
6. Tiga masukan arus disisi atas alat yang dapat digunakan dari sensor arus 7. Empat tegangan masukan
8. RS-232 untuk transfer data ke PC 9. Daya masukan AC
10.Tombol enter
11.Empat tombol yang dapat memindahkan cursor 12.Enam tombol untuk mengganti mode pengukuran :
a. Transients, menampilkan bentuk gelombang dengan perubahan masukan
b. Tampilan Harmonisa, menampilkan bentuk harmonisa dari tegangan, arus dan daya.
c. Tampilan bentuk gelombang d. Mode daya
e. Mode record f. Alarm event
Tampilan dari PowerPad model 3945-B dapat dilihat pada gambar dibawah ini :
Keterangan gambar :
1. Tampilan atas ( baris indikator ), berisi simbol mode pengukuran, frekuensi dari signal yang diukur, status bar kapasitas memori, tanggal dan waktu, status baterai
2. Hasil pengukuran RMS dengan bentuk gelombangnya 3. Nilai T dari signal
4. Pilihan Pengukuran
5. Pilihan tampilan bentuk gelombang
2.2.10 Hipotesis
Merujuk pada landasan teori dan hasil – hasil temuan dari penelitian yang pernah dilakukan maka penelitian ini dapat diambil hipotesis sebagai berikut :
1. THDv dan TDD hasil pengukuran melampaui standar IEEE 519 – 1992. 2. Diketahui data harmonik maka dapat dihitung nilai penurunan kapasitas
trafo.
26
3.1 Alat dan Bahan
3.1.1 Alat
Alat yang digunakan untuk melakukan penelitian analisis Losses dan Derating Akibat Pengaruh THD (Total Harmonic Distortion) Pada Transformator Daya di Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta, antara lain :
1. Laptop Samsung AMD A6 System memory 4 GB
2. Microsoft Office 2010
3. Power Quality AnalyzerPowerPad Model 3945-B 4. Software ETAP
3.1.2 Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian analisis Losses dan Derating Akibat Pengaruh THD (Total Harmonic Distortion) Pada Transformator Daya di Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta, antara lain :
1. Sistem Kelistrikan di Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
2. Data total beban yang digunakan di Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta per SDP (Sub Distribution Panel)
3.2 Metodologi Pengambilan Data
Start
Studi Kasus
Rekapitulasi Data
Pengolahan Data Pengambilan Data
Melengkapi Data
Analisis Data
End
Ya
Tidak
3.2.1 Studi Kasus
Studi kasus ialah suatu metode untuk menyelidiki atau mempelajari suatu objek (Bimo Walgito, 2010). Studi kasus yang digunakan dalam melaksanakan tugas akhir ini antara lain :
a. Studi Literatur
Dalam hal ini, penulis mengumpulkan bahan tulisan dari berbagai sumber pustaka yang relevan dan mendukung Tugas Akhir ini.
b. Studi Bimbingan
Dalam Hal ini, penulis berdiskusi dan berkonsultasi dengan Dosen Pembimbing, staf pengajar pada Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
c. Mengumpulkan data – data yang diperlukan dalam penulisan Tugas Akhir ini dari Lab Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta dan menganalisanya.
Studi kasus tersebut digunakan untuk melakukan pengumpulan data – data serta informasi yang relevan.
3.2.2 Pengambilan Data
Pengambilan data dilakukan dengan melakukan observasi data teknik trafo yang digunakan pada sistem tenaga listrik di Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta serta melakukan pengukuran yang ditujukan sebagai data primer untuk melakukan analisis.
Pengambilan data berikutnya melihat data terkait yang dimiliki Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta, pengambikan data ini dilakukan sebagai pembanding antara data primer dengan data yang dimiliki pihak Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
Data yang diperlukan meliputi :
1. Data sistem kelistrikan (Single Line Diagram) Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
2. Data jumlah beban non-linier
4. Data hasil THD tegangan dan THD arus
3.2.3 Rekapitulasi Data
Perekapan data dilakukan dengan cara mengumpulkan data – data dari proses pengumpulan data dan dilakukan penyeleksian data dengan tujuan untuk mempermudah dalam melakukan pengolahan data.
3.2.4 Pengolahan Data
Pengolahan data dilakukan dengan metode dan rumusan – rumusan yang berkaitan dengan apa yang akan di analisa. Jika pada saat proses pengolahan data dirasa kurang lengkap maka dilakukan proses pengumpulan data ulang guna melengkapi kekurangan data yang diolah.
3.2.5 Analisis
Analisa ini dilakukan dengan menggunakan rumusan – rumusan terkait dengan penelitian. Hal – hal yang terkait untuk analisa yaitu :
1. Menghitung total kapasitas daya aktif beban non – linier 2. Menghitung total daya semu dan arus beban non linier 3. Analisa dengan melakukan perangkat lunak ETAP
3.3 Analisis
Start
Pengumpulan Data
Single Line Diagram
Simulasi Dengan Menggunakan Software
ETAP
Bentuk Gelombang Distorsi Harmonik
Analisis Tidak Memenuhi
Batasan IEEE
Memenuhi Batasan IEEE
End
Gambar 3.2 Diagram Alir Analisis
Tidak
3.3.1 Pengumpulan Data
Pengumpulan data dilakukan dengan mengumpulkan data dari Biro Aset Universitas Muhammadiyah Yogyakarta. Serta melakukan observasi dan pengukuran sebagai data primer.
Pengukuran THD dilakukan dengan menggunakan Power Quality Analyzer PowerPad Model 3945-B yang dilakukan disetiap SDPnya. Pengukuran dilakukan pada SDP dengan wilayah yang digunakan oleh mahasiswa di Fakultas Teknik.
3.3.2 Single Line Diagram
Single line diagram ini ditujukan untuk dilakukannya simulasi dengan perangkat lunak ETAP dan agar dapat dilakukan kapasitas beban total yang digunakan.
3.3.3 Simulasi Dengan Perangkat Lunak ETAP
Penggunaan perangkat lunak ETAP ini digunakan untuk mensimulasikan penggunaan beban di Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta serta mesimulasikan distorsi yharmonik yang terjadi.
3.3.4 Analisis
Analisis yang dilakukan dengan cara menghitung total distorsi harmonik yang ada yang kemudian dibandingkan dengan batasan standar dari IEEE 519 – 1992. Dan juga melakukan analisis tentang rugi – rugi transformator distribusi dan derating kapasitas trafo.
3.4 Cara Analisis
dan G6) yang kemudian dilakukan analisa terhadap hasil pengukuran yang telah dilakukan. Metode yang digunakan untuk menganalisis data yang sudah diperoleh yaitu dengan menggunakan persamaan 2.1 hingga 2.12. Sebelum menganalisa hasil penngukuran, penulis melakukan simulasi dengan menggunakan software ETAP dengan beban yang terdapat pada SDP F1, F3, F4, G5, dan G6.
3.5 Alasan Pemilihan Metodologi yang Digunakan
Metodologi penelitian yang telah dibahas pada sub bab 3.4, merupakan metode yang sesuai untuk menyelesaikan tugas akhir ini. Sebab data – data yang diperlukan serta cara analisis yang sesuai dengan judul tugas akhir ini.
33
4.1Gambaran Umum Fakultas Teknik UMY
4.1.1 Sejarah
Fakultas Teknik UMY didirikan pada tanggal 24 Rabi’ul Akhir 1401 H, bertepatan dengan tanggal 1 Maret 1981 M, berdasarkan Surat Keterangan dari PWM DIY No. : A-1/01.E/PWM/1981, tertanggal 26 Maret 1981.
Pada awalnya, Fakultas Teknik hanya terdiri dari satu jurusan / program studi, yaitu Jurusan Teknik Sipil. Teknik Sipil memperoleh Status Terdaftar dengan Surat Keputusan Menteri Pendidikan dan Kebudayan No. : 0417/0/1985, tertanggal 01 Oktober 1985. Selanjutnya Fakultas Teknik berkembang dengan dibukanya jurusan Teknik Elektro pada tahun 1992, dan memperoleh Status Terdaftar berdasarkan Surat Keputusan Departemen Pendidikan dan Kebudayaan No. : 05/Dikti/Kep/1996. Pada tahun yang sama (1996), Jurusan Teknik Sipil memperoleh Status Disamakan.
Selanjutnya pada tanggal 22 Desember 1998, Jurusan Teknik Sipil memperoleh Status Terakreditasi dengan peringkat B, Jurusan Teknik Elektro memperoleh Status Akreditasi dengan peringkat C pada tanggal 29 Mei 2000, sedangkan Jurusan Teknik Mesin memperoleh Status Terakreditasi dengan peringkat B pada tahun 2000. Pengembangan Fakultas Teknik selajutnya pada tahun 2010, dengan dibukanya jurusan Teknologi Informasi. Sampai saat ini (2014), Status Terakreditasi jurusan – jurusan di Fakultas Teknik berdasarkan proses akreditasi dari BAN PT adalah sebagai berikut Teknik Sipil B, Teknik Elektro B, Teknik Mesin B, dan Teknologi Informasi C.
4.1.2 Visi dan Misi
teknologi serta nilai – nilai keislaman. Visi ini mewarnai pengembangan setiap jurusan di Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta dalam pengkajian dan pengembangan kurikulum, pengelolaan proses pembelajaran serta peningkatan kualitas kompetensi dan kemampuan keilmuan dosen.
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta dengan jurusan Teknik Sipil, Teknik Elektro, Teknik Mesin, dan Teknologi Informasi memiliki komitmen untuk menyelenggarakan proses pembelajaran yang produktif, efektif, dan efisiensi yang didukung dengan sistem pelayanan pendidikan yang optimal dan merata. Untuk mewujudkan suasana akademik yang kondusif sesuai dengan nilai – nilai keislaman.
Tantangan yang dihadapi dalam penyelenggaraan pendidikan, terutama pada masa krisis ekonomi ini justru membuat erat jalinan kerjasama pimpinan universitas, fakultas maupun jurusan untuk melakukan terobosan – terobosan yang kreatif dan inovatif untuk mencapai Visi, Misi, dan Tujuan Universitas Muhammadiyah Yogyakarta dan Fakultas Teknik hingga unit – unit kerja yang berada didalamnya.
4.1.2.1 Visi
Fakultas Teknik menetapkan visi yang sejalan dengan visi Universitas Muhammadiyah Yogyakarta, yaitu “ Menjadi Fakultas Teknik berskala nasional yang mampu mendasarkan nila – nilai ke–Islaman dalam mengembangkan
teknologi dan berinovasi untuk masyarakat.”
4.1.2.2 Misi
Misi dari Fakultas Teknik adalah “ Fakultas Teknik berdedikasi dalam bidang pembelajaran dan pengembangan inovasi teknologi yang diperlukan oleh
4.1.2.3 Tujuan
Tujuan utama adalah :
a. Menyediakan pendidikan berkualitas tinggi untuk program sarjana melalui program – program studi yang mampu mengakomodasi kebutuhan individu dan pengembagan karir.
b. Mempersiapkan dasar ilmu yang kokoh bagi mahasiswa untuk melanjutkan jenjang pendidikan yang lebih tingi.
c. Menjaga jenjang pengetahuan bidang teknologi terkini melalui penelitian dan kerjasama.
d. Berpartisipasi dalam melayani profesi engineering, industri, negara, dan bangsa melalui ilmu pengetahuan.
4.2 Penyajian Data dan Analisa
Bab ini menguraikan data yang telah diperoleh, hasil pengolahan data serta analisis pembahasannya. Data yang diambil dari proses pengukuran THD menggunakan Power Quality Analyzer yang dilaksanakan di ruang Genset Fakultas Teknik dan data yang didapat dari pihak Biro Aset Universitas Muhammadiyah Yogyakarta yang diolah menggunakan program komputer
Microsoft Office Excel dan Microsoft Office Word 2010 serta dilakukan analisa dengan mensimulasikan sistem menggunakan program komputer ETAP versi 12.6 untuk mengetahui signifikansi setiap perbedaan nilai THD dan bentuk Distorsi Harmonik yang terjadi pada sistem.
Data yang didapat dari pengukuran Power Quality Analyzer didownload ke PC menggunakan kabel RS-232 dengan software DataView.
4.2.1 Data Teknik Transformator
transformator distribusi tiga fasa yang beroperasi dengan tegangan inputan 20 kV dengan frekuensi 50 Hz dan arus nominal (HV) sebesar 36,08 A.
Transformator ini dibuat pada tahun 2016, standard transformator disetarakan dengan standard IEC 60076. Jenis pendingin yang digunakan adalah type ONAN dengan temperatur oli/pendingin 60/65 oC.Tegangan sisi sekunder transformator
yaitu 400 V/50 Hz, dengan arus nominal 1804,22. Impedansi transformator ini sebesar 5,5 %.
4.2.2 Total Beban yang Digunakan yang Diukur pada Setiap SDP (Sub Distribution Panel)
Data total beban yang digunakan diambil dari total daya aktif yang membebani di setiap Sub Distribution Panel (SDP) yang berada pada fakultas
teknik. Pengambilan data dilakukan pada saat terjadi beban puncak di Fakultas Teknik. Data diambil setiap SDP-nya.
Hasil pengukuran dapat dilihat pada tabel dibawah ini :
Tabel 4.1 Penggunaan Beban Pada Fakultas Teknik Setiap SDP
4.2.3 Batas Maksimum THDI di Fakultas Teknik
Standar maksimum distorsi harmonisa pada sistem kelistrikan di Fakultas Teknik menurut IEEE Standard 519 – 1992, dapat ditentukan standar batas maksimum THDI pada utiliti, maka harus diketahui dahulu besar ratio hubung
singkat. Sebelum mendapat ratio hubung singkat sebelumnya harus diketahui dahulu besarnya arus hubung singkat (ISC). ISC dapat ditentukan menggunakan
persamaan berikut :
1. Kapasitas transformator = 1250 kVA
2. Tegangan Sekunder = 0,4 kV
Nilai IL pada setiap PCC dapat ditentukan dengan persamaan berikut :
� =
�� × √ × � = , × √ × , = , �
Dari dua persamaan diatas dapat diketaui besar ratio hubung singkat (SCRatio),
���� = �
� =
,
, = ,
Dengan cara yang sama seperti diatas maka nilai ISC, IL, SCRatio untuk masing – masing SDP yang lainnya dapat dilihat pada tabel 4.2.
Tabel 4.2 Hasil ISC, IL, SCRetio pada setiap SDP di Fakultas Teknik
MDP SDP Tempat Phasa ISC (A) IL (A) SCRatio
1 SDP 1.1 F1 R , 11039,899 2,972
T 32804,094 14998,598 2,187
R 32804,094 22587,867 1,452
S 32804,094 20788,459 1,578
T 32804,094 19878,170 1,650
2
SDP 2.1 G5
R 32804,094 22450,265 1,461
S 32804,094 21952,782 1,494
T 32804,094 34982,615 0,938
SDP 2.2 G6
R 32804,094 18428,058 1,780
S 32804,094 18777,355 1,747
T 32804,094 20619,103 1,591
Hasil dari short circuit ratio pada tabel 4.2, akan disesuaikan dengan IEEE standard 519–1992, batas maksimum THDI yang diambil adalah sebagai berikut :
Tegangan nominal (Vn) = ≤ 69 kV
nominal yang terlebih dahulu ditinjau, setelah itu barulah ditinjau pada bagian SCratio yang telah dihitung dan disamakan dengan tabel standar IEEE standard
519- 1992. Pada sistem kelistrikan di Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta maksimum THDI yang diperbolehkan sesai dengan
Tabel 4.3 Batas Maksimum THDI Menurut IEEE Standard 519 – 1992 di Fakultas Teknik
sudah dipaparkan pada tabel 4.3 sehingga dapat digunakan sebagai perbandingan untuk batasan THDI hasil pengukuran setiap SDPnya.
41
1
SDP 1.1 F1
R 13,06 5 Tidak memenuhi standar
S 11,90 5 Tidak memenuhi standar
T 8,42 5 Tidak memenuhi standar
SDP 1.2 F3
R 4,60 5 Memenuhi standar
S 4,53 5 Memenuhi standar
T 3,79 5 Memenuhi standar
SDP 1.3 F4
R 6,45 5 Tidak memenuhi standar
S 6,77 5 Tidak memenuhi standar
T 10,52 5 Tidak memenuhi standar
2
SDP 2.1 G5
R 6,01 5 Tidak memenuhi standar
S 6,34 5 Tidak memenuhi standar
T 4,69 5 Memenuhi standar
SDP 2.2 G6
R 9,49 5 Tidak memenuhi standar
S 9,65 5 Tidak memenuhi standar
4.2.4Batas Maksimum THDV di Fakultas Teknik UMY
Untuk meninjau standard harmonisa tegangan THDV maka nilai tegangan
pengenal yang dilihat adalah sisi sekunder trafo yaitu sebesar 400 V. Sehingga tabel standard yang diambil sebagai dasar tinjauan adalah 400 V < 69 kV, THDv =
5 %. THDV setiap SDPnya dapat ditentukan dengan cara pengukuran pada tiap
SDP.
Dari hasil pengukuran yang dilakukan dapat dilihat pada tabel 4.5, sebagai berikut :
Tabel 4.5 Hasil Pengukuran THDV di Fakultas Teknik UMY
MDP SDP TEMPAT PHASA THDV (%)
Dari hasil pengukuran yang dilakukan maka dapat dijadikan perbandingan dengan standard THDV dari IEEE Standard 519 – 1992, yang menyarankan nilai –
meninjau dari besar tegangan pengenal maka batas maksimum THDV yang
diizinkan yaitu sebesar 5 %.
Berikut adalah perbandingan hasil pengukuran THDV dengan Standar
IEEE Standard 519 -1992 dapat dilihat pada tabel 4.6.
Tabel 4.6 Perbandingan THDv Pengukuran dengan IEEE Standard 519 – 1992
4.2.5 Single Line Diagram Sistem
Berikut adalah gambar diagram satu garis pembebanan di Fakultas Teknik UMY yang digambar menggunakan software ETAP 12.6.0.
4.2.6 Analisis dan Pembahasan
4.2.6.1 Analisis THDV dan THDI dengan Simulasi ETAP
Hasil simulasi dengan menggunakan ETAP pada setiap SDP-nya dapat dilihat pada hasil simulasi di bawah ini :
MDP Pusat SDP 1.1
Dari hasil simulasi yang dipaparkan pada gambar 4.3, kemudian dipaparkan pada tabel 4.7, sebagai berikut :
Tabel 4.7 Hasil THDI dan THDv dari Simulasi
MDP SDP THDI (%) THDV (%)
1
SDP 1.1 10,57 7,78
SDP 1.2 6,09 7,92
SDP 1.3 8,37 7,71
2 SDP 2.1 5,07 8,51
SDP 2.2 9,59 8,51
Berikut ini merupakan hasil running spektrum harmonik dan bentuk gelombang dari simulasi THDarus dan THD tegangan, sesuai gambar berikut:
Keterangan :
MDP Pusat SDP 1.2 Keterangan :
–
MDP Pusat–
SDP 1.1Keterangan :
Gambar 4.6 Running Spectrum MDPPusat dan SDP 1.2
Keterangan :
–
MDP Pusat–
SDP 1.2Keterangan :
Gambar 4.7 Running Waveform MDPPusat dan SDP 1.2
Gambar 4.8 Running Spectrum MDPPusat dan SDP 1.3
Keterangan :
–
MDP Pusat–
SDP 1.3Keterangan :
Gambar 4.9 Running Waveform MDPPusat dan SDP 1.3
Gambar 4.10 Running Spectrum MDPPusat dan SDP 2.1
Keterangan :
–
MDP Pusat–
SDP 2.1Keterangan :
Gambar 4.11 Running Waveform MDPPusat dan SDP 2.1
Gambar 4.12 Running Spectrum MDPPusat dan SDP 2.2
Gambar 4.13 Running Waveform MPDPusat dan SDP 2.2
Keterangan :
–
MDP Pusat–
SDP 2.2Dari hasil simulasi ETAP yang sudah dipaparkan pada gambar 4.4, 4.5, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9, 4.10, 4.11, 4.12, 4.13 menunjukan bahwa sistem jika terdapat beban non – linier maka bentuk gelombang sinusoidal menjadi tidak sempurna.
A. Analisis THDv di Fakultas Teknik UMY Berdasarkan Simulasi ETAP
Batas maksimum THDV di Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Yogyakarta menurut IEEE Standard 519 – 1992 yaitu sebesar 5 % karena tegangannya kurang dari 69 kV.
Berikut ini merupakan hasil running simulasi THDV sesuai dengan tabel 4.8,
sebagai berikut :
Tabel 4.8 Perbandingan THDV Antara hasil Running Menggunakan Simulasi dengan
Standar IEEE 519 – 1992
MDP SDP
Hasil Running
THDV (%)
Fakultas Teknik
IEEE Standard
519 - 1992
THDv max (%)
KET
SDP 1.2 7,92 5 Tidak Memenuhi Standard
SDP 1.3 7,71 5 Tidak Memenuhi Standard
2 SDP 2.1 8,51 5 Tidak Memenuhi Standard
SDP 2.2 8,51 5 Tidak Memenuhi Standard
Hasil simulasi menunjukkan nilai SDP 1.1 sebesar 7,78 %, SDP 1.2 sebesar 7,92 %, SDP 1.3 sebesar 7,71 %, sedangkan nilai THDv pada SDP 2.1 sebesar
8,51 % dan SDP 2.2 sebesar 8,51 %. Seluruh Sub Distribution Panel (SDP) memiliki per-sentase THDV lebih dari 5% . Persentase THDV paling besar
terdapat pada SDP 2.1 dan SDP 2.2 sebesar 8,51 %. Dengan merujuk dari standar IEEE Standard 519 – 1992 maka dapat dikatakan bahwa sistem yang disimulasikan memiliki THDV yang tidak memenuhi standard.
B. Analisis THDI di Fakultas Teknik UMY Berdasarkan Simulasi ETAP
Berdasarkan hasil perhitungan Short Circuit Ratio, sesuai dengan IEEE standard 519 – 1992, running simulasi pada setiap SDP di Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta. Sistem Instalasi yang disimulasikan tidak dipasang filter harmonisa, hasil running simulasi pada setiap SDP dipaparkan pada tabel 4.9, sebagai berikut :
Tabel 4.9 Perbandingan THDI Antara Hasil Running Menggunakan Simulasi dengan
Tabel 4.9 dapat dilihat bahwa nilai THDI pada SDP 1.1 sebesar 10,57 %, SDP
1.2 sebesar 6,09 %, SDP 1.3 sebesar 8,37 %, sedangkan nilai THDI pada SDP 2,1
sebesar 5,07 % dan SDP 2.2 sebesar 9,59 %. Nilai THDI pada setiap SDP tidak
memenuhi standard IEEE 519 – 1992 dikarenakan beban non – linier pada setiap SDP dan beban masing – masing fasa yang tidak seimbang sehingga nilai THD tidak sesuai dengan standard yang IEEE.
4.2.6.2 Analisis THDV dan THDI dari Hasil Pengukuran
4.2.6.2.1 Analisa THDV Hasil Pengukuran
Berikut adalah tabel hasil pengukuran THDV pada setiap Sub Distribution
Panel.
Tabel 4.10 Hasil Pengukuran THDV di Setiap SDP
Dari hasil pengukuran yang dipaparkan pada tabel 4.10, dapat dijabarkan
Dari hasil tersebut THDV tertinggi terdapat pada Sub Distribution Panel (SDP
2.2) fasa R yaitu sebesar 3,78 %. Semua THDv pada setiap SDP memenuhi
standar IEEE Standard 519 -1992 yaitu sebesar 5 %.
4.2.6.2.2 Analisa THDI Hasil Pengukuran
Dari data yang dipaparkan pada tabel 4.11 dapat dinyatakan bahwa THDI
Dari hasil pengukuran tersebut dapat dikatakan bahwa THDI pada setiap fasa
di SDP 1.1 memiliki nilai THDI yang tidak memenuhi standard dari IEEE
standard 519 – 1992 yaitu sebesar 5 %, sedangkan pada setiap fasa di SDP 1.2 memiliki nilai THDI yang memenuhi dari Standard, pada setiap fasa di SDP 1.3
memiliki nilai THDI yang tidak memenuhi standard juga. Pada SDP 2.1 nilai
standard dari IEEE. Sedangkan pada setiap fasa SDP 2.2 memiliki nilai THDI
yang tidak memenuhi standard THDI dari IEEE. NilaI THDI terbesar terdapat pada
SDP 1.1 pada Fasa R yaitu 13,06 %. Nilai THDI yang tidak standard disebabkan
oleh pemasangan beban non – linier pada setiap fasa yang tidak seimbang sehingga nilai arus RMS yang terdapat pada setiap fasa memiliki selisih yang signifikan.
4.2.6.2.3 Analisis Harmonik pada Trafo
Data pengukuran harmonisa yang terdapat pada trafo dipaparkan pada tabel 4.12, sebagai berikut :
Tabel 4.12 Hasil Pengukuran THDv dan THDI pada Trafo
1:30:00 6 4,7 5,5 13,3 9,1 11,2 146,9 149,6 165,6
A. Analisis Losses yang Dipengaruhi Harmonisa
Dari data hasil pengukuran, maka dapat dicari nilai losses pada trafo 1250 kVA setelah terpengaruh harmonisa seperti dibawah ini :
1. Losses pada Phasa R
Losses pada phasa R setelah terpengaruh harmonisa dapat dicari dengan cara sebagai berikut;
Untuk orde 1 :
ℎ �� = ℎ = ,, = , ��
Dengan cara yang sama, maka diperoleh arus harmonisa dalam satuan per – unit pada phasa R, seperti yang ditunjukkan tabel 4.13 dibawah ini.
Tabel 4.13 Arus Harmonisa dalam Satuan Per – Unit Pada Phasa R
Orde Ih
Berdasarkan pada tabel 4.13 diatas, maka perhitungan rugi – rugi beban (PLL)
dalam per unit pada phasa R adalah sebagai berikut ;
PLL = 1,001412 + 1,0223 × 0.01 = 1,011635
Sehingga rugi I2R bertambah sebesar 0,001412 p.u dan rugi eddy current
bertambah sebesar 0,000223 p.u.
Penambahan losses pada phasa R akibat harmonisa untuk : a. Rugi tembaga :
b. Rugi Eddy Current :
Pi = 0,000223 p.u × 671,17 kW = 0,15 kW
Untuk rugi histerisis dapat diabaikan karena nilai dari rugi histerisis sangat kecil. Jadi penambahan losses pada phasa R sebesar :
Lossesphasa R = Pcu + Pi = 0,95 + 0,15 = 1,10 kW
2. Losses pada Phasa S
Losses pada phasa S setelah terpengaruh harmonisa dapat dicari dengan cara sebagai berikut;
Untuk orde 1 :
ℎ �� = ℎ = ,, = , ��
Dengan cara yang sama, maka diperoleh arus harmonisa dalam satuan per – unit pada phasa S, seperti yang ditunjukkan tabel 4.14 dibawah ini.
Tabel 4.14 Arus Harmonisa Dalam Satuan Per – Unit Pada Phasa S
Orde Ih
dalam per unit pada phasa S adalah sebagai berikut ;
Sehingga rugi I2R bertambah sebesar 0,000450 p.u dan rugi eddy current
bertambah sebesar 0,000134 p.u.
Penambahan losses pada phasa S akibat harmonisa untuk : a. Rugi tembaga :
Pcu = 0,000450 p.u × 671,17 kW = 0,30 kW b. Rugi Eddy Current :
Pi = 0,000134 p.u × 671,17 kW = 0,09 kW
Untuk rugi histerisis dapat diabaikan karena nilai dari rugi histerisis sangat kecil. Jadi penambahan losses pada phasa S sebesar :
Lossesphasa S = Pcu + Pi = 0,30 + 0,09 = 0,39 kW
3. Losses pada Phasa T
Losses pada phasa T setelah terpengaruh harmonisa dapat dicari dengan cara sebagai berikut;
Untuk orde 1 :
ℎ �� = ℎ = ,, = , ��
Dengan cara yang sama, maka diperoleh arus harmonisa dalam satuan per – unit pada phasa T, seperti yang ditunjukkan tabel 4.15 dibawah ini.
Tabel 4.15 Arus Harmonisa Dalam Satuan Per – Unit Pada Phasa T
Berdasarkan pada tabel 4.15 diatas, maka perhitungan rugi – rugi beban (PLL)
dalam per unit pada phasa T adalah sebagai berikut ;
PLL = 1,001323 + 1,0209 × 0.01 = 1,011532
Sehingga rugi I2R bertambah sebesar 0,001323 p.u dan rugi eddy current
bertambah sebesar 0,000209 p.u.
Penambahan losses pada phasa T akibat harmonisa untuk : a. Rugi tembaga :
Pcu = 0,001323 p.u × 671,17 kW = 0,89 kW b. Rugi Eddy Current :
Pi = 0,000209 p.u × 671,17 kW = 0,14 kW
Untuk rugi histerisis dapat diabaikan karena nilai dari rugi histerisis sangat kecil. Jadi penambahan losses pada phasa t sebesar :
Lossesphasa T = Pcu + Pi = 0,89 + 0,14 = 1,03 kW
Tabel 4.16 Hasil Perhitungan Losses Setiap Phasa
Phasa THDV sebesar 0,30 kW, dan fasa T sebesar 0,89 kW, sedangkan untuk rugi eddy current
4.2.6.2.4 Analisis Derating
Nilai THDF (Transformator Harmonic Derating Factor) dapat dicari sebagai berikut;
� =
, × × , + , + ,
× , + , + , × % = , %
kVA baru = THDF × kVA pengenal = 65,31 % × 1250 kVA = 816,38 kVA
Derating trafo (kVA) = 1250 kVA – 816,38 kVA = 433,62 kVA
Derating trafo (kW) = 433,62 × 0,93 = 403,27 kW
