MEREDUKSI HARMONISA PADA PERALATAN X-RAY
MOBILE 100mA DENGAN MENGGUNAKAN
FILTER PASIF (SINGLE TUNED AND DOUBLE TUNED PASSIVE FILTER)
TESIS
OLEH
PARTAONAN HARAHAP 117034016/TE
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
MEREDUKSI HARMONISA PADA PERALATAN X-RAY
MOBILE 100mA DENGAN MENGGUNAKAN
FILTER PASIF (SINGLE TUNED AND DOUBLE TUNED PASSIVE FILTER)
TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknik Elektro Pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
OLEH
PARTAONAN HARAHAP 117034016/TE
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
Telah diuji pada
Tanggal: 11 Februari 2015
PANITIA PENGUJI TESIS :
Ketua : Prof. Dr. Ir. Usman Baafai Anggota : 1. Dr. Eng. Ariadi Hazmi
ABSTRAK
Beban listrik yang bersifat tidak linier dapat menimbulkan distorsi bentuk gelombang, baik arus maupun tegangan yang merupakan salah satu parameter dalam menentukan kualitas dari sistem tenaga listrik. Rontagen (Sinar-X)
mempunyai karakteristik beban listrik yang tidak linier yang dapat mengakibatkan bentuk gelombang sisi masukan tegangan listrik dan arus menjadi tidak sinussoidal murni akibat adanya interaksi gelombang sinussoidal frekuensi fundamental dengan frekuensi gelombang lain yang dikenal sebagai harmonisa. Sinar-X mempunyai Total Harmonisa Distorsi arus (THDi) sebesar 64,9 % dan Total Harmonisa Tegangan (THDv) 3,4 % dengan daya 340 Watt, perlu direduksi karena tidak sesuai dengan batasan harmonisa standar Internasional Elektrotechnical Commission (IEC) 61000-3-2 Kelas D. Penggunaan Filter
Single-Tuned Passive Filter dan Doubel-Tuned Passive Filter serta penggabungan filter Single-Tuned Passive Filter dan Doubel-Tuned Passive Filter pada sinar-X dapat mereduksi harmonisa orde ke-3 sampai orde ke-39 dengan masing-masing Total Harmonisa Distorsi arus (THDi) dan Total Harmonisa Distorsi tegangan (THDv) yaitu : 57,77 % dan 2,79 %, 58,48 % dan 2,75 %, 1,74% dan 2,77%.
Kata-kata kunci : Harmonisa, Sinar-X, Single-Tuned Passive Filter, Doubel-Tuned Passive Filter dan pengabungan Single-Doubel-Tuned dan
ABSTRACT
Non-linear electric load can cause distortion in the form of wave, either current or tension which are one of the parameters in determining the quality of electric power system. X-ray has the characteristics of non-linear electric load which can cause the form of side wave of electric tension and current to become not genuine sinusoidal anymore since there is the interaction between fundamental sinusoidal wave frequency with another wave frequency which is known as harmonics. X-ray which has Total Harmonics Distortion current (THDi) of 64.9% and Total Harmonics Distortion voltage (THDv) of 3.4% with 340 Watt power needs to be reduced because it is not in accordance with the definition of harmonic standard of the International Electro-technical Commission (IEC) 61000-3-2Class D. The use of Single-Tuned Passive Filter, Double-Tuned Passive Filter, and the combination of both of them in X-ray can reduce the third order up to the 39th order harmonics with Total Harmonics Distortion current (THDi) and Total Harmonics Distortion voltage (THDv) of 57.77% and 2.79%, 58.48% and 2.75%, 1.74% and 2.77% respectively.
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Allah Subhanahu Wataalla, atas rahmat, hidayah dan
karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan tesis yang berjudul
”Mereduksi Harmonisa Pada PeralatanX-Ray Mobile 100 mA dengan
menggunakan Filter Pasif (Single Tuned And Double Tuned Passive Filter)”. Penulisan tesis ini dilakukan untuk memenuhi salah satu syarat kurikulum
Program Studi Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera
Utara, Medan. Pada kesempatan yang berbahagia ini penulis mengucapkan terima
kasih sebesar-besarnya kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai sebagai Ketua
Pembimbing dan Bapak Dr. Eng. Ariadi Hazmi sebagai anggota pembimbing,
atas segala bimbingan, saran dan nasehat sehingga penulis dapat menyelesaikan
tesis ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Bapak Suherman, Ph.D
selaku Ketua dan Drs. Hasdari Helmi, MT selaku Sekretaris Program Studi
Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Terima
kasih juga kepada Bapak Prof. Drs. Tulus, M.Si, Ph.D dan Bapak Dr. Marwan
Ramli selaku Komisi Penguji pada Sidang Tesis, yang banyak memberikan saran
dan masukan kepada penulis demi kebaikan tesis ini, serta seluruh Staf Pengajar,
staf Administrasi dan rekan-rekan mahasiswa angkatan 2011 Program Studi
ini. Terima kasih juga kepada Ayahanda Paruhum Harahap, Ibunda Farida
Hanum, ibu mertua Fatmawati, istri tercinta Lili Wahyuni, S.Sos, anak–anak
tersayang Syafa Aisyah Putri Harahap, Atiqah Zahrah Harahap dan tidak
melupakan sahabat dan saudara di Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Sumatera Utara, Medan dan RSU Muhammadiyah Sumatera Utara yang telah
memberi banyak dukungan, semangat, bantuan dan pengorbanan waktunya.
Semoga Allah Subhanahu Wataalla memberikan kebahagiaan, berkah dan karunia
kepada semua pihak yang telah membantu penulis sehingga selesai tesis ini.
Harapan penulis kiranya tesis dapat bermanfaat kepada siapa saja yang membaca,
semua pengguna atau pemakai alat-alat listrik dan kepada yang berminat dalam
meneliti masalah kwalitas daya khususnya kompensasi harmonisa. Terima kasih.
Medan, Februari 2015
Penulis,
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Saya yang bertanda tangan dibawah ini,
Nama : Partaonan Harahap
Tempat/Tanggal lahir : Medan/ 11 Juli 1982
Jenis Kelamin : Laki – laki
Agama : Islam
Bangsa : Indonesia
Alamat : Jl. M. Saman Dusun XII Perumahan Berjaya
Indah Khalipah No. B 11 Tembung- Deli
Serdang
Menerangkan dengan sesungguhnya, bahwa:
PENDIDIKAN
1.Tamatan SD Negeri No.106814 Percut Sei Tuan Tahun 1994
2.Tamatan SMP Swasta Prayatna Medan 1997
3.Tamatan SMK Swasta Teladan Medan Tahun 2000
PEKERJAAN
1. Kepala Bagian SDM RSU Muhammadiyah Sumatera Utara sejak September
2007 sampai sekarang.
2. Staf Pengajar (Honorer) pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara sejak September 2010 sampai
sekarang.
3. Kepala Laboratorium Sistem Telekomunikasi pada Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara sejak
September 2011 sampai sekarang.
Demikianlah riwayat hidup ini saya buat dengan sebenarnya untuk dapat
dipergunakan sebagaimana mestinya.
Medan, Februari 2015
Tertanda,
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ... i
ABSTRACT ... ii
KATA PENNGANTAR ... iii
DAFTAR RIWAYAT HIDUP ... v
DAFTAR ISI ... vii
DAFTAR TABEL... vi
DAFTAR GAMBAR ... vii
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Perumusan Masalah ... 7
1.3 Tujuan Penelitian ... 8
1.4 Batasan Masalah ... 8
1.5 Manfaat Penelitian ... 9
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ... 10
2.1 Teori Harmonisa ... 15
2.2 Sumber Harmonisa... 15
2.3 Pengaruh Penggunaan Peralatan Elektronika Daya Terhadap Harmonisa... 16
2.4 Standar Distorsi Harmonisa IEC ... 18
2.5 X-Ray ... .... 21
2.6 Proses Terjadinya Sinar-X ... 22
2.7 Komponen Utama sinar-X ... . 24
2.8 Pengaruh Kuat Arus Listrik Sumber Sinar-X ... . 27
2.9 Filter Harmonisa ... . 29
2.11 Single-tuned passive filter... . 33
2.12 Double tuned filter ... . 36
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ... 44
3.1 Teknis Pengukuran Yang Dilakukan ... 44
3.2 Teknik Analisan Data ... 46
3.3 Data Pengukuran ... 48
3.4 Klasifikasi Arus Harmonisa Sinar-X berdasarkan Standart IEC 61000-3-2 kelas D ... 54
3.5 Perhitungan Single-Tuned Passive Filter... ... 56
3.6 Rangkaian Simulasi Sesudah Pemasangan Single-Tuned Passive Filter ... 59
3.7 Perhitungan Double-Tuned Passive Filter ... 61
3.8 Rangkaian Simulasi Sesudah Pemasangan Double-Tuned Passive Filter ... 64
3.9 Penggabungan Rangkaian Simulasi Sesudah Pemasangan Single-Tuned Passive Filter dan Double-Tuned Passive Filter ... 67
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ... 70
4.1 Penggunaan Single-Tuned Passive Filter untuk mengurangi Arus Harmonisa ... 70
4.1.1 Hasil Penggunaan Single-Tuned Passive Filter untuk mengurangi Arus Harmonisa... 70
4.1.2 Pembahasan Penggunaan Single-Tuned Passive Filter untuk mengurangi Arus Harmonisa... 74
4.2 Penggunaan Double-Tuned Passive Filter untuk mengurangi Arus Harmonisa ... 75
4.2.1 Hasil Penggunaan Double -Tuned Passive Filter untuk mengurangi Arus Harmonisa ... 75
4.2.2 Pembahasan Penggunaan Double -Tuned Passive Filter untuk mengurangi Arus Harmonisa ... 79
4.3.1 Hasil Penggunaan Single-Tuned Passive Filter dan
Double-Tuned Passive Filter untuk mengurangi Arus Harmonisa ... 80
4.3.2 Pembahasan Penggunaan Single-Tuned Passive Filter dan Double-Tuned Passive Filter untuk mengurangi Arus Harmonisa ... 84
BAB 5 PENUTUP ... 87
5.1 Kesimpulan ... 87
5.2 Saran ... 88
DAFTAR PUSTAKA ... 89
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
1.1 Data Hasil Pengukuran ... 3
1.2 Penelitian yang sudah dilakukan ... 5
2.1 Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas A ... 18
2.2 Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas B ... 19
2.3 Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas C ... 20
2.4 Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas D... 20
3.1 Impedansi kabel saluran ... 46
3.2 Data pengukuran X-Ray Mobile 100 mA ... 49
3.3 Data hasil simulasi sebelum pemasangan filter ... 54
3.4 Klasifikasi arus harmonisa sebelum pemasangan filter berdasarkan Standar IEC 61000-3-2 Kelas D ... 55
3.5 Hasil simulasi sesudah pemasangan Single-Tuned Passive Filter . 60 3.6 Hasil simulasi sesudah pemasangan Double-Tuned Passive Filter ... 66
3.7 Hasil simulasi sesudah pemasangan pengabungan Double-Tuned Passive Filter Single-Tuned Passive Filter ... 68
4.1 Data hasil simulasi sebelum dan sesudah pemasangan Single-Tuned Passive Filter ... 71
4.2 Data hasil simulasi sebelum dan sesudah pemasangan Double-Tuned Passive Filter ... 76
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
2.1 Gelombang Sinus Arus Dan Tegangan ... ... 10
2.2 Bentuk Delombang Dasar, Harmonisa Dan Gelombang Terdistorsi ... 11
2.3 Sperektum Urutan Orde Harmonisa ... 13
2.4 Tabung Sinar-X ... 23
2.5 Skema Pesawat Sinar-X ... 24
2.6 Kilomator Sinar-X ... 26
2.7 Pengaruh Kuat Arus Listrik Sumber Sinar-X terhadap Luas puncak sinar-X karakteristik ... 28
2.8 Model Filter Pasif ... 31
2.9 Vektor Segitiga Daya Untuk Menentukan Kebutuhan Daya Reaktif 34 2.10 Double Tuned Passive Filter ... 37
2.11 Karakteristik Impedansi Double Tuned Passive Filter ... 38
3.1 Pengukuran X-Ray Mobile 100mA dengan Power Quality Analyzer 45 3.2 Diagram satu garis pemasangan Single-Tuned Passive Filter ... 47
3.3 Diagram satu garis pemasangan Double-Tuned Passive Filter ... 48
3.4 Diagram satu garis pemasangan penggabungan Single-Tuned Passive Filter dan Double-Tuned Passive Filter ... 48
3.5 Rangkaian simulasi menggunakan program MATLAB/Simulink . 51 3.6 Data hasil simulasi MATLAB/Simulink sebelum pemasangan filter 51 3.7 Grafik Tegangan dan arus sebelum pemasangan filter ... 52
3.8 Spektrum Tegangan dan arus sebelum pemasangan filter ... 53
3.9 Rangkaian simulasi sesudah pemasangan Single-Tuned Passive Filter ... 60
3.10 Rangkaian simulasi sesudah pemasangan Double-Tuned Passive Filter ... 66
3.11 Rangkaian simulasi sesudah pemasangan penggabungan Single-Tuned Passive Filter dan Double-Tuned Passive Filter ... 68
4.1 Grafik Tegangan dan arus sesudah pemasangan filterSingle-Tuned Passive Filter ... 72
4.2 Spektrum Tegangan dan arus sesudah pemasangan filterSingle-Tuned Passive Filter ... 73
4.4 Grafik Tegangan dan arus sesudah pemasangan filterDouble-Tuned Passive Filter ... 77 4.5 Spektrum Tegangan dan arus sesudah pemasangan filter
Double-Tuned Passive Filter ... 78 4.6 Diagram perbandingan arus harmonisa sesudah dan sesudah filter
Double-Tuned Passive Filter ... 79 4.7 Grafik Tegangan dan arus sesudah pemasangan penggabungan
Single-Tuned Passive Filter dan Double-Tuned Passive Filter ... 82 4.8 Spektrum Tegangan dan arus sesudah pemasangan penggabungan
Single-Tuned Passive Filter dan Double-Tuned Passive Filter... 83 4.9 Diagram perbandingan arus harmonisa sebelum dan sesudah
pemasangan penggabungan Single-Tuned Passive Filter dan Double-Tuned Passive Filter ... 85
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Halaman
1 X-RAYMOBILE 100mA ... ... 93
2 Tanpak Depan dan Tombol pengatur X-Ray Mobile 100 mA ... 93
3 Spektrum harmonisa THDi ... 94
4 Spektrum harmonisa THDV ... 94
ABSTRAK
Beban listrik yang bersifat tidak linier dapat menimbulkan distorsi bentuk gelombang, baik arus maupun tegangan yang merupakan salah satu parameter dalam menentukan kualitas dari sistem tenaga listrik. Rontagen (Sinar-X)
mempunyai karakteristik beban listrik yang tidak linier yang dapat mengakibatkan bentuk gelombang sisi masukan tegangan listrik dan arus menjadi tidak sinussoidal murni akibat adanya interaksi gelombang sinussoidal frekuensi fundamental dengan frekuensi gelombang lain yang dikenal sebagai harmonisa. Sinar-X mempunyai Total Harmonisa Distorsi arus (THDi) sebesar 64,9 % dan Total Harmonisa Tegangan (THDv) 3,4 % dengan daya 340 Watt, perlu direduksi karena tidak sesuai dengan batasan harmonisa standar Internasional Elektrotechnical Commission (IEC) 61000-3-2 Kelas D. Penggunaan Filter
Single-Tuned Passive Filter dan Doubel-Tuned Passive Filter serta penggabungan filter Single-Tuned Passive Filter dan Doubel-Tuned Passive Filter pada sinar-X dapat mereduksi harmonisa orde ke-3 sampai orde ke-39 dengan masing-masing Total Harmonisa Distorsi arus (THDi) dan Total Harmonisa Distorsi tegangan (THDv) yaitu : 57,77 % dan 2,79 %, 58,48 % dan 2,75 %, 1,74% dan 2,77%.
Kata-kata kunci : Harmonisa, Sinar-X, Single-Tuned Passive Filter, Doubel-Tuned Passive Filter dan pengabungan Single-Doubel-Tuned dan
ABSTRACT
Non-linear electric load can cause distortion in the form of wave, either current or tension which are one of the parameters in determining the quality of electric power system. X-ray has the characteristics of non-linear electric load which can cause the form of side wave of electric tension and current to become not genuine sinusoidal anymore since there is the interaction between fundamental sinusoidal wave frequency with another wave frequency which is known as harmonics. X-ray which has Total Harmonics Distortion current (THDi) of 64.9% and Total Harmonics Distortion voltage (THDv) of 3.4% with 340 Watt power needs to be reduced because it is not in accordance with the definition of harmonic standard of the International Electro-technical Commission (IEC) 61000-3-2Class D. The use of Single-Tuned Passive Filter, Double-Tuned Passive Filter, and the combination of both of them in X-ray can reduce the third order up to the 39th order harmonics with Total Harmonics Distortion current (THDi) and Total Harmonics Distortion voltage (THDv) of 57.77% and 2.79%, 58.48% and 2.75%, 1.74% and 2.77% respectively.
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
Perkembangan teknologi sangat cepat pertumbuhannya dari suatu negara,
perkembangan tersebut hampir menyeluruh disegala bidang terutama dibidang
kelistrikan. Sejak berkembangnya teknologi power electronic, penerepan perangkat telah menjadi perenarapan utama dihampir semua utilitas listrik.
Namun permasalahan kualitas daya sistem yang disebabkan meningkatnya
pengguna power electronic oleh konsumen listrik. Pada dasarnya mutu listrik yang baik adalah listrik yang mempunyai tegangan dan frekuensi yang stabil [1].
Untuk di Indonesia, listrik yang bersumber dari PLN adalah dengan tegangan 220
volt dan frekuensi 50 Hz. Terdapat banyak aspek yang dapat mempengaruhi
berkurangnya mutu listrik. Salah satu aspek tersebut adalah timbulnya harmonisa
pada gelombang listrik dari pada peralatan yang dimaksudkan ialah X-Ray (sinar-X) atau Radiografi. X-Ray adalah yang menghasilkan gelombang elektromagnetik frekuensi tinggi X-Ray untuk digunakan dalam diagnostik atau terapi. X-Ray
dapat dihasilkan di dalam sebuah tabung X-Ray hampa udara [2]. Tabung X-Ray
dibuat hampa udara agar elektron yang berasal dari katoda tidak terhalang oleh
akan menumbuk anoda dan terjadi proses perubahan energi. Energi elektron
sebagian besar diubah menjadi panas (99%) dan sebagian kecil diubah menjadi
X-Ray (1%). Sebuah sumber tegangan tinggi dari 20–200 kV diperlukan untuk menghasilkan X-Ray pada tabung X-Ray. Penentuan waktu durasi tegangan tinggi yang dipakai pada tabung harus dibatasi dengan hati-hati supaya pasien tidak
menerima dosis yang berlebihan, film tidak menjadi terlalu hitam, dan tabung X-Ray tidak terlalu panas. Selama tabung X-Ray dioperasikan dalam batas termalnya, intensitas X-Ray diatur oleh arus filamen. Sebagai sebuah proteksi terhadap kelebihan panas, temperatur anoda dimonitor oleh pendeteksi
temperatur. Jika temperatur anoda melebihi nilai tertentu, kelebihan panas akan
dideteksi dan suplai tegangan tinggi akan mati secara otomatis. Sebagian besar
anoda tabung X-Ray diputar oleh motor induksi untuk membatasi daya X-Ray
pada satu titik dan membantu pendinginan anoda [3][4].
Elektron-elektron pada atom akan membiaskan berkas bidang yang
tersusun secara periodik. Tetapi di sisi lain, penggunaan X-Ray mempunyai pengaruh dalam sistem kelistrikan. Peralatan X-Ray merupakan salah satu contoh dari beban non linier, karena menggunakan komponen-komponen elektronika, dari peralatan ini menggunakan tabung sinar katoda Cathode Ray Tube (CRT) atau elektron dipancarkan dari suatu katoda dan dipancarkan dalam berkas elektron
munculnya harmonisa yang dapat mengganggu sistem distribusi listrik. Akibatnya
adanya harmonisa ini menyebabkan gelombang arus dan tegangan menjadi cacat
dan tidak sinusoidal.
Tinggi rendahnya nilai tegangan akan memberikan kemampuan daya
tembus dari X-Ray, semakin tinggi tegangannya maka daya tembus X-Ray
terhadap ketebalan obyek semakin tinggi pula hal ini dapat dilihat, diukur,
dihitung, dan dianalisa yang diperkirakan menimbulkan harmonisa dengan
melakukan terlebih dahulu pengukuran THDv, THDi, IHDV dan IHDi. Untuk
menjawab perkiraan harmonisa apakah terdapat pada peralatan tesebut, maka
peneliti melakukan pengukuran THDv, THDi, dan IHDi pada peralatan X-Ray
telah dilaksanakan hari Senin, 13 Oktober 2014 menggunakan alat ukur Power Quality Analyzer Fluke 43B yang hasilnya pada Tabel 1.1.
Tabel 1.1 Data Hasil Pengukuran X-Ray Mobile 100mA
Parameter Satuan Hasil
Pengukuran
U (Phase Voltage) Volt 200,2
I (Phase Current) Ampere 2,51
S (Apparent Power) KVA 0,45
P (Active Power) KW 0,34
Q (Reaktife Power) KVAR 0,30
PF (Power Factor) 0,74
Frekuensi Hz 50,2
THDv % 3,4
Tabel 1.1 (Sambungan)
IHDi 3 (mA) 1909
IHDi 5 (mA) 1143
IHDi 7 (mA) 266
IHDi 9 (mA) 282
IHDi 11 (mA) 323
IHDi 13 (mA) 177
IHDi 15 (mA) 92
IHDi 17 (mA) 123
IHDi 19 (mA) 123
IHDi 21 (mA) 63
IHDi 23 (mA) 66
IHDi 25 (mA) 82
IHDi 27 (mA) 44
IHDi 29 (mA) 38
IHDi 31 (mA) 47
IHDi 33 (mA) 22
IHDi 35 (mA) 22
IHDi 37 (mA) 3
IHDi 39 (mA) 3
Besarnya nilai hasil pengukuran Total Harmonisa Distorsi arus (THDi) 64,9
% dan Total Harmonisa Distorsi tegangan (THDv) 3,4% dengan daya
0,34 KW. Oleh karena itu, harmonisa yang ditimbulkan oleh X-Ray, perlu direduksi agar tidak menggangu kerja peralatan lain. Pencegahan ini dapat
dilakukan dengan menggunakan filter pasif (Single-Tuned Passive Filter Dan Double Tuned) yang dapat digunakan untuk mereduksi harmonisa. Filter harmonisa selain untuk mengurangi harmonisa yang ditimbulkan sampai dibawah
A, B, C, dan D, dimana masing masing kelas mempunyai batasan harmonisa yang
berbeda beda. Penelitian ini bermaksud mereduksi harmonisa dengan
menggunakan filter pasif (Single-Tuned Passive Filter Dan Double Tuned) yang akan mengurangi harmonisa pada alat ukur X-Ray tersebut. Diantara penelitian yang pernah dilakukan tidak ada yang membahas tentang sistem kelistrikan yang
dapat menimbulkan harmonisa seperti pada Tabel 1.2.
Tabel 1.2. Penelitian yang sudah dilakukan
No Peneliti Judul Peneliti Hasil Yang dicapai
1. Yusuf Nampira, et.al 2000[2]
Pengaruh Tegangan dan Kuat Arus Listrik Sumber
Sinar-X Pada
Analisis Unsur
Dalam Paduan
Zirkonium dengan Cara Fluoresensi Sinar-X
Kuat arus listrik akan menaikkan sensitifitas dalam analisis tersebut. Hasil analisis unsur dalam sampel tersebut dengan menggunakan tegangan listrik 18 kV dan kuat arus listrik 100 µA
2 Sujatno, Sigit Bachtiar 2011 [3]
Analisis Tegangan Tinggi Pada Sinar X
Pemakaian daya sebagian besar digunakan untuk pembangkitan tegangan tinggi yang korelasi dengan kekuatan daya tembus sinar-X, sehingga perhitungan kemampuan trafo menjadi cukup
penting. Untuk
Tabel 1.2. (sambungan)
3 Evi Yufita, Rini 2012[4]
Analysis Output Tolerance Limits X-Ray Machine Diagnostic (Case Study in one of the General Hospital in Banda Aceh)
Untuk nilai stabilitas tegangan, nilai input sebesar 70 kV dan nilai output yang dihasilkan sebesar 40, 50, 60, dan 70 kV pada Sinar-X tersebut tidak berbeda jauh dengan nilai tegangan output yang dihasilkan yaitu masing-masing sebesar 39,1 , 48,3 , 58,9 , dan 69,4 kv. Dari hasil tersebut terlihat bahwa persen toleransi parameter tersebut masih di bawah 5%.
4 By Lauriston S. et.al 2011[5]
The Comparison Of High Voltage X-Ray Generators
Tiga generator, A, B, dan C, dipilih sebagai khas. A dan B yang dinilai untuk memberikan gelombang penuh 220-230 kv (peak)
pada 30 mA
(milliamperes). C dinilai untuk memberikan 200 kv (peak) pada 10 mA
5 Danijela Arandjic, et.al 2009 [6]
Patient Protection in Dental Radiology: Influence of EXposure Time on Patient Dose
Pemberian sinar-X untuk pasien berdasarkan hasil tabung X-ray pengukuran output lebih tinggi hasil pengukuran untuk unit X-ray dengan 50 kVp.
pada X-Ray sangat penting dalam suatu diagnose karena sangat mempengaruhi hasil pencitraan sehingga menjamin keselamatan terhadap pasien, operator, dan
lingkungan. Pada peralatan X-Ray diagnostik, umumnya tegangan tinggi yang digunakan antara 30 kV sampai 125 kV. Tegangan tinggi ini akan diterapkan
antara katoda dan anoda dalam tabung X-Ray. Dengan tegangan tinggi dan adanya pemanasan filamen maka elektron yang lepas dari katoda dalam tabung dapat
bergerak cepat menuju anoda, akibatnya terjadi tumbukan tak kenyal sempurna
antara elektron dengan anoda (anoda sebagai target). Adanya tumbukan tersebut
terjadilah peristiwa Bremstrahlung yang menghasilkan sinar-X [6].
Berdasarkan hasil pengukuran yang telah dilakukan terhadap peralatan
tersebut. Harmonisa yang timbulkan harus memenuhi kreteria IEC 61000-3-2,
kelas D. Untuk mengatasi permasalahan yang timbul akibat adanya harmonisa
pada peralatan X-Ray maka perlu dirancang filter pasif (Single-Tuned Passive Filter Dan Double Tuned) untuk mereduksi harmonisa tersebut.
1.2 PerumusanMasalah
Berdasarkan perkembangan teknologi terutama di alat kesehatan yang
menggunakan rangkaian listrik dan komponen elektronika. Tinggi rendahnya nilai
dianalisa yang diperkirakan menimbulkan harmonisa. Dari latar belakang di atas
dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut:
a. Berapa besar nilai Individual Harmonic Distorsi (IHD) dan Total harmonic Distorsi (THDi) arus yang dihasilkan oleh peralatan X-Ray. b. Dampak filter pasif (single-tuned passive filter dan double tuned) untuk
mengetahui filter pasif yang mana dapat mereduksi harmonik pada
peralatan X-Ray.
c. Hasil simulasi sebelum dan sesudah pemasangan filter dengan
menggunakan Matlab/simulink.
1.3 TujuanPenelitian
Mereduksi harmonisa yang dihasilkan peralatan X-Ray dengan merancang filter pasif (Single-Tuned Passive Filter Dan Double Tuned Passive Filter).
1.4 Batasan Masalah Penelitian
Sesuai perkembangan peralatan elektronika terutama pada peralatan X-Ray
yang dipakai oleh dunia pendidikan, pabrik elektronik sebagainya, yang dapat
menimbulkan harmonisa salah satunya alat ukur tersebut. Maka batasan masalah
permasalahan yang akan diteliti adalah.
b. Merancang filter pasif (single-tuned passive filter dan double tuned passive filter) untuk mereduksi arus harmonisa pada peralatan X-Ray
dengan menggunakan Matlab/simulink.
c. Simulasi dilakukan dengan Matlab Simulink.
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini diharapkan:
a. Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang
efisiensi kualitas daya yang dihasilkan dari arus harmonisa melalui
peralatan X-Ray .
b. Menjadi suatu pemodelan yang dapat diterapkan dan direkomendasikan
dalam dunia pendidikan dan fabrikasi mengingat pengaruh perbaikan
kualitas daya terhadap peralatan X-Ray .
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Teori Harmonisa
Dalam sistem tenaga listrik yang ideal, bentuk gelombang tegangan yang
disalurkan ke peralatan dan bentuk gelombang arus yang dihasilkan adalah
gelombang sinus murni terlihat bentuk ideal dari gelombang tegangan dan arus
pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1. Gelombang sinus arus dan tegangan
Harmonisa merupakan gangguan yang dalam distribusi tenaga listrik yang
disebabkan oleh adanya distorsi gelombang arus dan tegangan yang menyebabkan
adanya pembentukan gelombang-gelombang yang tidak sinusoidal atau dengan
dapat menyebabkan cacat gelombang atau cacat Harmonisa adalah perubahan
bentuk gelombang akibat adanya komponen frekuensi tambahan. Pada sistem
tenaga listrik frekuensi kerja normal adalah 50 Hz atau 60 Hz tetapi, dalam
aplikasi pemakaiannya berdasarkan beban yang digunakan frekuensi arus dan
tegangan dapat menjadi tidak normal atau menjadi kelipatan dari frekuensi normal
50/60 Hz, hal inilah yang disebut dengan harmonisasi.
Jika frekuensi (f) adalah frekuensi normal dari suatu sistem, maka
frekuensi orde n (1,2,3...n) adalah nf atau factor kelipatan dari frekuensi normal,
sehingga frekuensi dapat berubah menjadi 100 Hz, 150 Hz dan seterusnya.
Gelombang inilah yang kemudian menumpang pada gelombang normal sehingga
terbentuklah gelombang tidak sinusoidal yang merupakan hasil dari penjumlahan
antara gelombang normal sesaat dengan gelombang harmonisanya. seperti tampak
[image:30.595.191.423.498.654.2]pada Gambar 2.2.
Harmonisa bisa muncul akibat adanya beban-beban non linier yang
terhubung ke sistem distribusi. Beban non linier ini umumnya adalah peralatan
elektronik yang di dalamnya banyak terdapat komponen semi konduktor.
Komponen ini dalam proses kerjanya berlaku sebagai saklar yang bekerja pada
setiap siklus gelombang tegangan. Beberapa contoh beban non linier antara lain
: variable speed drive, UPS, komputer, printer, televisi, microwave oven, lampu fluorescent yang menggunakan elektronik ballast [7][8][9].
Keberadaan harmonisa arus dalam suatu sistem tenaga listrik memberikan
efek secara langsung maupun tidak langsung terhadap kualitas dan keandalan
sistem tersebut. Pada beberapa kasus, keberadaan harmonisa orde ketiga yang
dihasilkan oleh beban-beban satu fasa menyebabkan terjadinya ketidak
seimbangan aliran daya pada sistem tiga fasa sehingga arus pada kawat netral
yang seharusnya bernilai nol menjadi bernilai tertentu yang seringkali melebihi
kapasitas kawat tersebut. Pengaruh keberadaan harmonisa juga sangat tampak
pada peralatan-peralatan sistem tenaga listrik seperti generator, transformator,
motor, dan kapasitor. Selain itu umur pakai peralatan tersebut juga mengalami
penyusutan dikarenakan vibrasi dan temperatur operasi yang meningkat jauh lebih
tinggi akibat keberadaan harmonisa arus. Pada kapasitor, harmonisa
menyebabkan reduksi kapasitas penyimpanan daya reaktif sehingga jelas lebih
Harmonisa berdasarkan dari urutan ordenya dapat dibedakan menjadi
harmonisa ganjil dan harmonisa genap, sesuai dengan namanya harmonisa ganjil
adalah harmonisa ke 1,3,5,7,9,11 dan seterusnya, perpaduan harmonisa ganjil
dengan harmonisa kosong adalah paling merugikan yaitu harmonisake 3,9,15 dan
seterusnya seperti pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3 Spektrum urutan orde harmonisa
Teori yang dipakai untuk memahami gelombang harmonisa adalah deret
Fourier, dimana deret Fourier dapat menunjukkan komponen genap dan
komponen ganjil, dan persamaan umum dari deretfourier dapat ditulis dengan
sistematis menggunakan Persamaan (2.1) berikut :
f
(t)
= A
0+
∞=1(
A
nCos
(
2�
)
+
B
nSin
(
2�
Persamaan (2.1) di gunakan untuk gelombang yang berperiode
berkelanjutan dalam teori fourier hal- hal yang mengacu kepada Persamaan (2.1)
yaitu A0 (nilai rata – rata dari fungsi x (t), An dan Bn (koefisien deret) ketiga
koefisien tersebut dapat diturunkan seperti Persamaan (2.2),(2.3) dan (2.4).
A
0=
1 22
�
...(2.2)
A
n=
2 2�
�
...(2.3)
B
n=
2 22
�
�
...(2.4)
dimana : n adalah indeks harmonisa
Banyaknya aplikasi beban non linier pada sistem tenaga listrik telah
membuat arus menjadi sangat terdistorsi dengan persentase harmonisa arus,
Tingginya persentase kandungan harmonisa arus Total Harmonic Distortion atau disingkat dengan THD pada suatu sistem tenaga listrik dapat menyebabkan
timbulnya beberapa persoalan harmonisa yang serius pada sistem kelistrikan,
2.2 Sumber Harmonisa
Harmonisa dihasilkan karena berbagai jenis penggunaan peralatan yang
memiliki kondisi saturasi, peralatan elektronika daya dan beban non-linier, yaitu
sebagai berikut [10]:
1. Peralatan yang memiliki kondisi saturasi biasanya memiliki komponen
yang bersifat magnetik seperti transformator, mesin-mesin listrik, tanur
busur listrik, peralatan yang menggunakan power supply dan magnetic ballast.
2. Peralatan elektronika daya biasanya menggunakan
komponen-komponen elektronika seperti tirystor, dioda, dan lain-lain. Contoh
peralatan yang menggunakan komponen elektronika daya adalah
konverter PWM, Inverter, pengendali motor listrik, electronic ballast, dan sebagainya.
3. Pada rumah tangga, beban non-linier terdapat pada peralatan seperti
Lampu Hemat Energi, Televisi, Video player, AC, Komputer dan lainnya.
2.3 Pengaruh Penggunaan Peralatan Elektronika Daya Terhadap Harmonisa
Rangkaian elektronika daya merupakan suatu rangkaian listrik yang dapat
gelombang sinusoidal menjadi sumber daya listrik dengan bentuk gelombang lain
tidak sinusoidal dengan menggunakan piranti semi-konduktor daya.
konduktor daya memiliki peran penting dalam rangkaian elektronika daya.
Semi-konduktor daya dalam rangkaian elektronika daya umumnya dioperasikan sebagai
pensakelar switching, pengubah converting, dan pengatur controlling sesuai dengan unjuk kerja rangkaian elektronika daya yang diinginkan. Penggunaan
peralatan elektronika daya juga dapat merusak kualitas tegangan dan arus sistem
pada titik-titik tertentu di jaringan sistem tenaga.Pada titik- titik tersebut
ditemukan komponen tegangan dan arus dengan frekuensi-frekuensi kelipatan dari
frekuensi fundamental, sehingga menimbulkan harmonisa [12][13].
Dalam analisis harmonik, beberapa indeks Persamaan (2.5) dan (2.6) yang
digunakan untuk melukiskan pengaruh harmonisa pada komponen sistem tenaga
listrik.
THD tegangan : THDV =
∞ �ℎ2
ℎ=2
�1
X 100%...(2.5)
THD arus : THDi =
∞ �ℎ2
ℎ=2
�1
X 100%...(2.6)
Persamaan (2.5) dan (2.6) didefinisikan sebagai perbandingan nilai rms
komponen harmonik terhadap komponen dasar dalam (%). Indeks ini digunakan
yang mengandung harmonik pada satu gelombang sinus sempurna. Untuk satu
gelombang sinus sempurna pada frekuensi dasar THD adalah nol. Demikian pula
pengukuran distorsi harmonik individual untuk tegangan dan arus pada orde ke h
didefinisikan sebagai Vh/V1 dan Ih/I1 [13].
Harmonik yang dihasilkan untuk meningkatkan jumlah beban non linier
seperti yang dijelaskan dibawah ini:
1. Ketika tegangan sistem linier tetapi beban non-linier, saat akan terdistorsi dan menjadi non-sinusoidal. Arus yang sebenarnya akan menjadi lebih tinggi dari arus yang akan diukur oleh ammeter atau alat
ukur lainnya pada frekuensi dasar.
2. Ketika sistem suplai itu sendiri mengandung harmonisa dan tegangan
sudah terdistorsi, beban linier akan menghadapi beban harmonik
tegangan tersebut dan menarik arus harmonik terhadap sistem dan
menghasilkan urutan harmonisa arus yang sama.
3. Bila tegangan sistem dan beban keduanya non-linier (suatu kondisi yang lebih umum) tegangan harmonik akan memperbesar dan
harmonik tambahan akan dihasilkan, sesuai dengan linieritas non-of
beban dan karenanya akan lebih mindistorsi bentuk gelombang
2.4 Standar Distorsi Harmonisa IEC
Dalam hal ini standar yang digunakan sebagai batasan harmonisa adalah yang dikeluarkan oleh International Electrotechnical Commission (IEC) yang mengatur batasan harmonisa pada beban beban kecil satu fasa ataupun tiga fasa yang nilai arusnya lebih kecil dari 16 amper perfasa. Untuk beban beban tersebut umumnya digunakan standar IEC 61000-3-2. Hal ini disebabkan karena belum adanya standar baku yang dihasilkan oleh IEEE. Pada standar IEC 61000-3-2, beban beban kecil tersebut diklasifikasikan dalam kelas A, B, C, dan D, dimana masing masing kelas mempunyai batasan harmonisa yang berbeda beda yang dijelaskan sebagai berikut [8],[9] :
1). Kelas A menyangkut semua kategori beban termasuk didalamnya peralatan penggerak motor dan semua peralatan 3 fasa yang arusnya tidak lebih dari 16 amper perfasanya. Semua peralatan yang tidak termasuk dalam 3 kelas yang lain dimasukkan dalam kategori kelas A. Batasan harmonisanya hanya didefinisikan untuk peralatan satu fasa (tegangan kerja 230V) dan tiga fasa (230/400V) dimana batasan arus harmonisanya seperti yang diperlihatkan Tabel 2.1.
Tabel 2.1. Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas A
Harmonisa ke (n) Arus Harmonisa Maksimum
Tabel 2.1. (sambungan)
15≤ � ≤
2 4 6 ≤ � ≤ � Harmonisa Genap 2,25/n 1,08 0,43 0,3 1,83/n
2). Kelas B meliputi semua peralatan tool portable dimana batasan arus harmonisanya merupakan harga absolut maksimum dengan waktu kerja yang singkat dimana batasan arus harmonisanya diperlihatkan Tabel 2.2.
Tabel 2.2. Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas B
Harmonisa ke (n) Arus Harmonisa Maksimum
yang di izinkan (A) Harmonisa Ganjil 3 5 7 9 11 13 15≤ � ≤
2 4 6 ≤ � ≤ � Harmonisa Genap 3,45 1,17 1,155 0,6 0,495 0,315 3,375/n 1,62 0,645 0,45 2,76/n
3). Kelas C termasuk didalamnya semua peralatan penerangan dengan daya input
[image:38.595.107.498.367.580.2]persentase arus fundamental. Persentase arus maksimum yang diperbolehkan untuk masing masing harmonisa diperlihatkan Tabel 2.3.
Tabel 2.3. Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas C
Harmonis ke (n) Arus harmonisa maksimum yang diizinkan (% fundamental)
2 3 5 7 9 11≤ � ≤
2 30 x pf
10 7 5 3
4). Kelas Dtermasuk semua jenis peralatan yang dayanya dibawah 600 Watt khusus-nya personal komputer, monitor, TV. Batasan arusnya diekspresikan dalam bentuk mA/W dan dibatasi pada harga absolut yang nilainya diperlihatkan oleh Tabel 2.4
Tabel 2.4. Batasan arus harmonisa untuk peralatan kelas D
Harmonisa ke (n) Arus Harmonisa Maksimum yang diizinkan (mA/W)
Arus Harmonisa Maksimum yang diizinkan (A) 75< P < 600 W P > 600 W
3 5 7 9 11 13 15≤ � ≤
2.5. X Ray (X-Ray )
X-Ray adalah gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang antara 10-9 sampai 10-8 m (0,1-100 A). Berarti peralatan X-Ray ini mempunyai panjang gelombang yang jauh lebih pendek dari pada cahaya tampak, sehingga
energinya lebih besar. Besar energinya dapat ditentukan dengan menggunakan
Persamaan (2.7) sebagai berikut:
E =
ℎλ
...(2.7)
E = energi (Joule)
h = konstanta plank (6,627 x 10-34 J.s)
c = kecepatan cahaya (3.108 m/detik)
λ = panjang gelombang (m/A)
Gelombang elektromagnetik terdiri atas radio, inframerah, ultraviolet, X-Ray dan
sinar gamma. X-Ray mempunyai sifat umum seperti dibawah ini [14]: 1. Daya tembus
2. Pertebaran
Apabila berkas X-Ray melalui suatu bahan atau suatu zat, maka berkas Sinar tersebut akan mengalami pertebaran keseluruh arah, menimbulkan
radiasi sekunder (radiasi hambur) pada bahan atau zat yang dilalui.
3. Penyerapan
X-Ray akan diserap oleh bahan atau zat sesuai dengan berat atom atau kepadatan bahan atau zat tersebut. Makin tinggi kepadatannya atau berat
atomnya makin besar penyerapannya.
4. Efek Ionisasi
Efek Ionisasi disebut juga efek primer dari X-Ray yang apabila mengenai suatu bahan atau zat dapat menimbulkan ionisasi pada partikel-partikel
atau zat yang dilaluinya.
5. Efek biologi
X-Ray akan menimbulkan perubahan-perubahan biologi pada jaringan. Efek biologi ini yang dipergunakan dalam pengobatan radioterapi.
2.6. Proses Terjadinya X-Ray(Sinar –X)
Gambar 2.4. Tabung X-Ray
Di dalam tabung insersi terdapat filamen yang juga sebagai katoda dan
target yang juga sebagai anoda. Tabung X-Ray dibuat hampa udara agar elektron yang berasal dari filamen tidak terhalang oleh molekul udara dalam perjalanannya
menuju anoda. X-Ray terjadi apabila pada filamen dialirkan arus listrik yang cukup besar maka filamen menjadi berpijar sehingga elektron dalam terlepas dari
atom filamen dan membentuk kabut elktron di sekitar filamen.
Jika antara katoda dan anoda diberi beda potensial yang tinggi maka
elektron dalam elektron ini disebut arus tabung. Apabila arus elektron menumbuk
target di anoda, pada X-Ray konvensional, elektron tersebut sebagai besar akan berubah bentuknya menjadi energi lain yaitu panas sedangkan sebagian kecil
2.7. Komponen Utama X-Ray
X-Ray atau Rontgen adalah suatu alat yang digunakan untuk melakukan diagnosa medis dengan menggunakan X-Ray. X-Ray yang dipancarkan dari tabung insersi diarahkan pada bagian tubuh yang akan didiagnosa. Berkas X-Ray
tersebut akan menembus dan melewati bagian tubuh kemudian akan ditangkap
oleh film, sehingga terbentuk citra dari bagian tubuh yang disinari sebagaimana
ditunjukan pada Gamabar 2.5. X-Ray.
Gambar 2.5. X-Ray Komponen utama X-Ray adalah:
1. Tabung Inserse
2. Wadah Tabung
3. Generator
[image:43.595.211.396.314.504.2]Peralatan X-Ray mempunyai sejumlah komponen yang menata kembali, mengendalikan, dan menyimpan energi listrik sebelum digunakan ke tabung X-Ray. Komponen-komponen tersebut secara kolektif dinyatakan sebagai catu daya atau pembangkit (generator) fungsi utama dari generator adalah untuk menjadikan
operator dapat mengendalikan 3 (tiga) parameter kuantifikasi yaitu memiliki
fungsi sebagai berikut:
1. Menaikkan tegangan listrik (menghasilkan kV)
2. Mengkonversikan arus listrik bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC)
3. Mengubah bentuk gelombang (filter)
4. Menyimpan energi (untuk X-Ray mobile)
5. Mengendalikan tegangan tabung (kilovoltage-kV)
6. Mengendalikan arus tabung (milliampere-mA)
7. Mengendalikan waktu paparan (exposure time)
Komponen lainnya adalah Kolimator yang merupakan salah satu bagian
dari X-Ray yang memiliki fungsi untuk pengaturan besarnya ukuran radiasi. Pada Gambar 2.6 Kilometer X-Ray ini memiliki beberapa komponen yaitu lampu kolimator, plat timbal pembentuk lapangan, meteran untuk mengukur jarak dari
fokus ke detektor atau ke film, tombol untuk menghidupkan lampu kombinasi,
Gambar 2.6. Kilomator X-Ray
Selain ke-empat komponen diatas juga terdapat komponen lain yang tak
kalah pentingnya dalam beroperasinya X-Ray yaitu, sistem kontrol yang berfungsi mengatur dan mengendalikan operasi peralatan X-Ray dalam menghasilkan kuantitas dan kualitas X-Ray, meja pasien, bucky, film dan tiang penyangga tabung. Pengaturan tegangan melalui trafo variabel atau auto transformator.
Keluaran trafo variabel berupa tegangan rendah 120 Volt sampai 240 Volt.
Tegangan hasil seting ini masuk ke dalam lilitan primer trafo High Voltage (HV)
dan keluarannya dari HV berupa tegangan tinggi pada display. Nilai tegangan
hasil seting yang ditampilkan pada display merupakan tegangan kerja tabung
untuk menghasilkan X-Ray [15][16].
Pengaturan arus tabung (mA kontrol) yang masuk ke tabung akan
memanaskan filamen sehingga menghasilkan elektron cepat (elektron yag
menentukan intensitas X-Ray yang dikeluarkan oleh tabung. Arus hasil seting itu elektron. Nilai arus hasil seting yang ditampilkan pada display merupakan besaran arus tabung untuk menghasilkan X-Ray.
Pengaturan waktu paparan (timer) waktu eksposi ditentukan oleh timer
pada peraalatan X-Ray konvensional digunakan timer dengan sistem mekanik. Ketetapan sistem mekanik biasanya kurang karena adanya gesekan gesekan yang
menghambat kerja timer, sehingga tingkat presisinya rendah. Hal ini akan
mempengaruhi hasil X-Ray yang dikeluarkan tabung. Panel kontrol harus sesuai dengan penyinaran X-Ray secara otomatis sudah beberapa waktu tertentu atau secara otomatis pada keadaan apapun dengan menggerakan kembali panel
kontronya. Apabila pengatur waktu yang secara mekanis tersedia, penyinaran
yang diulang tidak dimungkinkan tanpa pengaturan kembali waktu penyinaran.
Pengaturan waktu (timer) harus mampu menghasilkan kembali waktu penyinaran yang singkat secara tepat dengan selang waktu maksimum yang tidak lebih dari 5
detik. Alat penyinaran harus dibuat sebaik mungkin, sehingga penyinaran
tambahan tidak terjadi [15].
2.8. Pengaruh kuat arus listrik sumber X-Ray
menumbuk sasaran. Hal ini menyebabkan kenaikan intensitas X-Ray yang dihasilkan oleh sumber tanpa mcngubah pola distribusi X-Ray yang dihasilkan. Oleh sebab itu kenaikan kuat arus ini akan menaikan cacah X-Ray karakteristik (antara kuat arus dengan cacah X-Ray karakteristik mcmbcrikan hubungan tinier). pemakaian kuat arus listrik sumber semakin tinggi dan tegangan listrik 20 kV
akan menaikkan deviasi hasil pengukuran. Sehingga sensitifitas pengukuran
meningkat dengan menggunakan kuat arus listrik semakin tinggi seperti Gambar
2.7.
Gambar 2.7. Pengaruh kuat arus lislrik sumber X-Ray terhadap luas puncak
X-Ray karakteristik [2].
Untuk dapat menghasilkan suatu pencitraan X-Ray diperlukan beberapa instrumetasi yang baku sebagai berikut :
1. Tabung X-Ray
atau Ni). Anoda biasanya dibuat berputar supaya permukaannya tidak lekas
rusak yang disebabkan tumbukan elektron.
2. Transformator Tegangan Tinggi
Trafo tegangan tinggi berfungsi pelipat tegangan rendah dari sumber
menjadi tegangan tinggi antara 30 kV sampai 100 kV. Pada trafo tegangan
tinggi diberi minyak sebagai media pendingin. Trafo tegangan tinggi
berfungsi untuk mempercepat elektron di dalam tabung [16].
2.9. Filter Harmonisa
Tujuan utama dari filterharmonisa adalah untuk mengurangi amplitudo satu
frekuensi tertentu dari sebuah tegangan atau arus. Dengan penambahan filter
harmonisa pada suatu sistem tenaga listrik yang mengandung sumber-sumber
harmonisa, maka penyebaran arus harmonisa keseluruh jaringan dapat ditekan
sekecil mungkin. Selain itu filter harmonisa pada frekuensi fundamental dapat
mengkompensasi daya reaktif dan dipergunakan untuk memperbaiki faktor daya
sistem. Banyak sekali cara yang digunakan untuk memperbaiki sistem khususnya
meredam harmonisa yang sudah dikembangkan saat ini. Secara garis besar ada
beberapa cara untuk meredam harmonisa yang di timbulkan oleh beban non- linier
a. Penggunaan filter pasif pada tempat yang tepat terutama pada daerah yang
dekat dengan sumber pembangkit harmonisa sehingga arus harmonisa
terjerat di sumber dan mengurangi peyebaran arusnya.
b. Penggunaan filter aktif.
c. Kombinasi filter aktif dan pasif.
d. Konverter dengan reaktor antar fasa, dan lain-lain.
Disamping sistem diatas dapat bertindak sebagai peredam harmonisa tetapi
juga dapat memperbaiki faktor daya yang rendah pada sistem. Jika perbaikan
faktor daya langsung dipasang kapasitor terhadap sistem yang mengandung
harmonisa, maka akan menyebabkan amplitudo pada harmonisa tertentu akan
membesar, proses ini mengakibatkan terjadinya resonansi antara kapasitor yang
dipasang dengan induktor sistem [13].
2.10. Filter Pasif
Untuk meredam harmonisa dalam sistem tenaga, maka kita perlu
menggunakan filter harmonisa yaitu filter pasif dan filter aktif. Filter pasif terdiri
dari induktansi, kapasitansi, dan unsur-unsur tahanan untuk mengendalikan
harmonisa lihat Gambar 2.8. Teknik filter pasif yang menggunakan double tuned
harmonisa pada frekuensi tertentu atau frekuensi tinggi atau band-pass filter dapat
memfilter harmonisa di atas frekuensi tertentu frequency bandwidth.
Gambar 2.8. Model filter pasif
Filter pasif secara ekonomi relatif murah dibandingkan dengan metoda
lain untuk meredam distorsi harmonisa. Bagaimanapun, mereka mempunyai
kelemahan atau kerugian karena berpotensi saling berinteraksi dengan sistem
tenaga, dan penting sekali untuk menganalisa semua interaksi sistem yang
mungkin terjadi saat mereka dirancang. Filter pasif bekerja sangat efisien bila
filter tersebut dipasang dilokasi pembangkit harmonisa (beban non linier).
Frekuensi resonansi harus dihindari dari setiap harmonisa atau pada frekuensi
harmonisa lain yang dihasilkan oleh beban. Filter umumnya di tuning lebih rendah
dari frekuensi harmonisa untuk keamanan sistem. Rancangan filter fasif harus
beban sebab akan menyebabkan beban lebih yang dapat berkembang menjadi
panas yang berlebihan. Perancangan filter pasif memerlukan suatu pengetahuan
yang tepat dari beban pembangkit harmonisa pada sistem tenaga. Banyak simulasi
yang dilakukan untuk menguji kriteria di bawah kondisi beban yang berubah
sesuai topologi jaringan tersebut [13][18]:
1. Double tuned filter adalah filter harmonisa yang terdiri 2 buah single tuned filter yang digunakan untuk mengurangi harmonisa 2 buah orde harmonisa diantara orde harmonisa yang ada. Didalam perhitungan
penentuan nilai Ldan C mengacu pada 2 buah orde harmonisa tersebut.
2. Third-orde filter adalah jenis filter high pass yang digunakan hanya melewatkan frekuensi diatas frekuensi cut-off juga. Third-orde high-pass
filter adalah filter frekuensi tinggi yang lebih efektif dalam filter, tetapi
memiliki rugi-rugi daya yang lebih besar dibanding second-orde high-pass
filter.
Filter pasif selalu menyediakan kompensasi daya reaktif sampai batas
tertentu sesuai besar Volt-Ampere dan tegangan dari bank kapasitor yang
digunakan, mereka dapat dirancang untuk dua tujuan yaitu sebagai filter dan
kompensasi faktor daya yang diinginkan. Jika saringan lebih dari satu digunakan
diingat bahwa filter pasif menyediakan kompensasi daya reaktif. Filter pasif
merupakan suatu kombinasi rangkaian seri sebuah induktansi dan sebuah
kapasitansi. Pada kenyataannya, tidak ada sebuah resistor yang secara fisik
dipasang, tapi dalam perhitungan resistor selalu ada dalam rangkaian seri, tahanan
dalam dari reaktor yang terhubung secara seri terkadang menimbulkan panas yang
berlebih pada filter. Semua arus harmonisa pada frekuensi bersamaan dengan
tuned filter akan didapat impedansi rendah yang melalui filter tersebut.
2.11. Single-tuned passive filter
Merancang single-tuned passive filter adalah kombinasi seri induktansi dan kapasitansi. Pada kenyataannya, dengan tidak adanya resistor secara fisik
dirancang, akan ada selalu menjadi hambatan seri, yang merupakan resitensi
intrinsik dari reaktor seri kadang-kadang digunakan sebagai sarana untuk menghindari overheating filter. Semua frekuensi harmonik arus yang bertepatan dengan filter single-tuned akan menemukan jalur impedansi rendah melalui filter [13].
a. Untuk menentukan kebutuhan daya reaktif dapat digambarkan dalam
Gambar 2.9. Vektor segitiga daya untuk menentukan kebutuhan daya reaktif Q [18]
Kebutuhan daya reaktif dapat dihitung dengan pemasangan kapasitor
untuk memperbaiki faktor daya beban. Komponen daya aktif (P) umumnya konstan, daya Semu (S) dan daya reaktif (Q) berubah sesuai dengan faktor daya beban pada Persamaan (2.8):
Daya Reaktif (Q) = Daya Aktif (P) x tan φ...(2.8)
Dengan merujuk vektor segitiga daya pada gambar 2.9 maka daya reaktif dapat
dituliskan pada Persamaan (2.9) dan (2.10):
Daya reaktif pada PF awal yaitu :
Q1 = P x tan φ1 ...(2.9)
Daya reaktif pada PF diperbaiki yaitu :
Q2 = P x tan φ2 ...(2.10)
=
−1�
1 −1�
2...(2.11)
dimana :
P = beban (kW)
�1 = faktor daya mula-mula sebelum diperbaiki
�2 = faktor daya setelah diperbaiki
b. Menentukan Reaktansi kapasitor pada Persamaan (2.12):
�
=
�2 ...(2.12)c. Menentukan kapasitansi dari kapasitor pada Persamaan (2.13):
C = 1
2 �� � ...(2.13)
d. Menentukan Reaktansi Induktif dari Induktor pada Persamaan (2.14):
�
� = � ℎ2...(2.14)
e. Menentukan Induktansi dari Induktor pada Persamaan (2.15):
L = ��
2 � � ... (2.15)
f. Menentukan reaktansi karakteristik dari filter pada orde tuning pada Persamaan (2.16):
g. Menentukan Tahanan (R) dari induktor pada Persamaan (2.17):
R = �
...(2.17) Atau
Ra =
2� × � × × �
dan Rb =
2� × � × × �
..(2.18)
2.12 Double Tuned Filter
Double tuned passive filter mempunyai nilai impedamsi yang kecil jika frekuensinya besar. Sehingga filter ini harus mempertimbangkan parameter
kaitannya dengan frekuensi harmonisa. Bebarapa aspek berkaitan dengan faktor
kualitas pada single tuned filter yaitu:
1. Tahanan R pada filter harmonisa single tuned filter adalah nilai tahanan dari kumparan reaktor.
2. Tahanan R dapat juga digunakan untuk setiap faktor kualitas dari filterdan
menyediakan suatu cara untuk mengendalikan jumlah arus harmonisa yang
diinginkan yang melaluinya.
3. Besar nilai Q menyiratkan mengenai frekuensi resonansi filter dan oleh karena itu filterdilakukan pada nilai paling besar dari frekuensi harmonisa.
Gambar 2.10 menunjukkan gambar rangkaian ekivalen Double tuned filter
Gambar 2.10. Double tuned passive filter [19]
Single tuned filter yang terdiri dari kapasitor (C) dihubung seri dengan induktor (L) dan tahanan (R). Penggunaan double tuned filter yaitu[ 19][20]:
1. Biasanya digunakan pada High Voltage Direct Current (HVDC) stasiun modern pada sistem tegangan tinggi dimana kapasitor utama C1 lebih
besar agar lebih mudah untuk mengoptimalkan biaya /kVAR.
2. Menurunkan pembangkitan daya reaktif di cabang transmisi tenaga yang
3. Masing-Masing filter pada dua harmonisa untuk mengurangi filter
cabang dan rugi-rugi filter. Karakteristik impedansi terhadap frekuensi harmonisa dapat dilihat pada Gambar 2.11.
Gambar 2.11. Karakteristik impedansi double tuned passive filter
Dari Gambar 2.11 terlihat impedansi paling rendah kondisi sekitar harmonisa orde
ke 11 dan 13 yaitu pada frekuensi 550 dan 650 Hz. Jika Pada frekuensi tersebut
parameter filter tidak diperhatikan maka akan mengakibatkan sistem mengalami
beban besar atau hubung singkat. Setiap filtermemiliki kelebihan dan kelemahan
dalam melakukan peredaman harmonisa pada sistem.
Kelebihan dari double tuned passive filteryaitu:
1. Terjadi resonansi pada impedansi yang sangat rendah.
3. Single tuned filter secara normal mampu mengeliminasi frekuensi harmonisa yang paling besar yaitu harmonisa ke 11 dan 13.
4. Lebih sensitif terhadap tuning yang tidak tepat.
5. Dengan memberikan kapasitor utama yang besar maka kerja filter lebih
optimal dan menurunkan biaya kVAR.
6. Double tuned filter merupakan model filter yang sederhana, dengan criteria yang baik.
Kelemahan dari double tuned passive filter yaitu:
1. Membutuhkan kVAR yang tinggi untuk mencapai performance yang sama seperti single tuned filter.
2. Terjadi rugi-rugi daya tambahan pada resistor yang dipasang.
Langkah merancang double tuned passive filter yaitu:
a. Menentukan nilai kapasitansi ΔQ untuk memperbaiki faktor daya,
perbaikan faktor daya umumnya sekitaran 0,95 atau lebih tinggi lagi pada
Persamaan (2.19):
ΔQ = P(tan φ awal –tan φ target)......(2.19)
b. Menghitung reaktansi kapasitor pada frekuensi fundamental yaitu pada
Persamaan (2.20) :
XC1 =
�2
Sehingga C1 diperoleh pada Persamaan (2.21) :
C1 =
1
2��
...
...(2.21)Selanjutnya daya reaktif Qc dibagi untuk orde 3 dan 5 yaitu Qa dan Qb
dengan demikian nilai reaktansi masing-masing orde harmonisa menjadi
pada Persamaan (2.22):
XCa =
�2
∆ dan XCb =
�2
∆ ...(2.22)
Nilai kapasitor yaitu pada Persamaan (2.23) :
Ca =
1
2���� dan Cb = 1
2���� ...(2.23)
Sehingga pada Persamaan (2.24) :
C1 = Ca + Cb ...(2.24)
c. Menghitung nilai reaktor yang digunakan untuk meredam harmonisa ke-n
pada Persamaan (2.25):
Dengan demikian nilai XL untuk orde 3 (XLa) dan orde 5 (XLb) masingmasing yaitu pada Persamaan (2.26):
XLa =
��
2 dan XLb =
��
2 ...(2.26)
Nilai induktansi masing-masing orde harmonisa yaitu pada Persamaan
(2.27):
La =
��
2�� dan Lb =
��
2�� ...(2.27)
Sehingga diperoleh nilai L1 pada rangkaian ekivalen double tuned yaitu
pada Persamaan (2.28) berikut[21]:
L1 =
� �
� +� ...(2.28)
d. Menghitung tahanan reaktor untuk menentukan nilai faktor kualitas Q,
dimana pada Persamaan (2.29) dan (2.30):
R = � ...(2.29)
Atau
R
a=
2� × � × × �
dan R
b=
2� × � × × �
Menentukan nilai tahanan R1 yaitu pada Persamaan (2.31):
R1 =
2� × � × �1
...(2.31)
dan nilai Q diambil sebesar 100 untuk menentukan nilai R2 dari rangkaian
ekivalen double tuned yaitu pada Persamaan (2.32):
R2 = Ra
2( 1−�2)
(1+ )2(1+ 2)
−
Rb( 1−�2)
(1+ )2(1+ 2)
+
Rb
(1− )( 1−�2)
(1+ )2(1+ 2) ...(2.32)
e. Menentukan kapasitas C2 yaitu pada Persamaan (2.33):
C2 =
� � � +� (� +� )2
( � � −� � )2 ...(2.33)
f. Besar L2 yaitu pada Persamaan (2.34):
L2 =
( � � −� � )2
(� +� )2 � +� ...(2.34)
g. Menentukan R3 yaitu pada Persamaan (2.35):
R3 = -Ra
2�4( 1−�2)
(1+ )2(1+ 2)
+
Rb( 1−�2)
(1+ )2(1+ 2)
+
R1
( 1−�2)( 1− �2)
Dimana nilai
a
dan nilai X yaitu pada Persamaan (2.36) dan (2.37):a =
�� .......(2.36)
X
=
� �BAB 3
METODOLOGI PENELITIAN
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode simulasi yang
dimulai dari pengumpulan data kemudian melakukan pengukuran harmonisa,
pemodelan filter, dan perhitungan parameter filter. Pengukuran dilakukan pada
peralatan X-ray. Hasil pengukuran berupa nilai harmonisa tegangan (IHDv) dan harmonisa arus (IHDi). Filter yang digunakan berupa Filter Pasif (Single-Tuned dan Doubel-Tuned Passive Filter), selanjutnya dilakukan perhitungan untuk menentukan parameter Single-Tuned dan Doubel-Tuned Passive Filter yang akan digunakan. Dari data hasil pengukuran dan data hasil perhitungan selanjutnya
pemodelan beban dan filter dan disimulasi dengan menggunakan program
MATLAB/Simulink. Hasil yang diperoleh berupa nilai individual distorsi harmonisa arus (IHDi) setelah simulasi selanjutnya dibandingkan terhadap standar
IEC 61000-3-2 Kelas D.
3.1 Teknis Pengukuran Yang Dilakukan
Perancangan filter akan dilakukan setelah melakukan pengukuran pada
dan pengambilan data, peneliti akan merancang Single-Tuned dan Doubel-Tuned Passive Filter. Dengan objek penelitian berupa tingkat individual distorsi harmonisa arus (IHDi) yang melebihi standart IEC 61000-3-2 kelas D. Pengukuran menggunakan alat ukur Fluke 43B Power Quality Analyzer. Diagram satu garis pengukuran yang dilakukan pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1. Pengukuran X-Ray Mobile 100 mA dengan Power Quality Analyzer
Data hasil pengukuran ditampilkan dalam bentuk daftar dan grafik
secara langsung, dan data tersebut dapat disimpan di komputer. Parameter yang
dapat diambil adalah komponen harmonisa tegangan, komponen harmonisa arus,
faktor daya daya aktif, daya reaktif dan daya semu. Dari pengukuran tersebut akan
yang nantinya digunakan untuk data simulasi pada Matlab/simulink, serta
digunakan menghitung besar komponen yang harus digunakan sebagai
kompensasi faktor daya sistem. Data impedansi kabel dari sumber ke pengukuran
peralatan X-Ray digunakan kabel jenis NYM 3 X 2,5 mm2 sepanjang 34 m sesuai ukuran penggunaan diperoleh dari standar kabel diperlihatkan pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1. Impedansi kabel saluran
Jenis kabel
Luas penampang
(mm2)
Resistasi (r) (�/km)
Reaktansi (x) (�/km)
Impedansi kabel (z) (�)
NYM 32,5 7,41 0,104 0,25194+j0,003536
3.2 Teknik Analisa Data
Teknik analisa data yang dilakukan untuk perancangan Single-Tuned dan Doubel-Tuned Passive Filter dimulai dari pengumpulan data, pengukuran data dan selanjutnya menghitung parameter filter yang akan digunakan untuk meredam
harmonisa. Hasil pengukuran digunakan sebagai acuan dalam menentukan
parameter filter yaitu kebutuhan kapasitor (C), induktor (L) dan resistor (R).
Kapasitor, induktor, dan resistor ini akan dihubungkan secara seri. Pada Tabel 3.5
diperlihatkan perbandingan besar arus harmonisa antara hasil pengukuran dan
Data hasil pengukuran berupa harmonisa arus dan harmonisa tegangan dari
tiap orde harmonisa digunakan dalam memodelkan beban non linier pada
peralatan X-Ray dan Single-Tuned dan Doubel-Tuned Passive Filter, dapat dilihat pada Gambar 3.2.,3.3., 3.4., Diagram satu garisnya dan juga nantinya model ini
akan disimulasikan dengan program MATLAB/Simulink. Hasil dari simulasi ini akan memperlihatkan seberapa besar Single-Tuned dan Doubel-Tuned Passive Filter dapat mengurangi besarnya nilai harmonisa yang ditimbulkan pada peralatan X-Ray.
Nilai harmonisa setelah pemasangan filter akan dibandingkan dengan
standar IEC 61000-3- 2. Jika berada pada standar maka Single-Tuned dan Doubel-Tuned Passive Filter ini dapat digunakan untuk mengurangi besarnya harmonisa pada peralatan X-Ray.
Gambar 3.3. Diagram saaris pemasangan Doubel-Tuned Passive Filter
Gambar 3.4. Diagram satu garis penggabungan Single-Tuned Passive Filter dan
Doubel-Tuned Passive Filter
3.3 Data Pengukuran
Berikut ini merupakan data yang akan diambil dari Pengukuran X-Ray Mobile 100 mA yang diukur melalui alat Fluke 43B Power Quality Analyzer.
Tabel 3.2. Data pengukuran X-Ray Mobile 100 mA
Parameter Satuan Hasil
Pengukuran
U (Phase Voltage) Volt 200,2
I (Phase Current) Ampere 2,51
S (Apparent Power) KVA 0,45
P (Active Power) KW 0,34
Q (Reaktife Power) KVAR 0,30
PF (Power Factor) 0,74
Frekuensi Hz 50,2
THDv % 3,4
THDi % 64,9
Pada Tabel 3.3 dapat dilihat data hasil pengukuran individual distorsi harmonisa
arus (IHDi) dari setiap orde harmonisa. Orde harmonisa yang ditampilkan adalah orde harmonisa dari orde ke-1 sampai dengan orde ke-39 dengan nilai yang
berbeda untuk setiap harmonisa, yang ditampilkan dalam bentuk gelombang dan
spektrum, seperti pada lampiran A. Jika dibandingkan dengan standar IEC 61000- 3-2 Kelas D, maka ada orde harmonisa arus (IHDi) peralatan sinar-X hasil pengukuran yang tidak sesuai dengan standar.
Untuk membuat rangkaian simulasi sebelum pemasangan Single-Tuned Passive Filter digunakan hasil pengukuran dan perhitungan berupa tegangan, nilai setiap orde arus harmonisa (IHDi), kapasitansi, induktansi dan
![Gambar 2.10. Double tuned passive filter [19]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/223543.20191/56.595.256.382.127.361/gambar-double-tuned-passive-filter.webp)
