PENGURANGAN ARUS NETRAL PADA SISTEM DISTRIBUSI TIGA FASA EMPAT KAWAT MENGGUNAKAN ZERO
SEQUENCE BLOCKING TRANSFORMER
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik
Oleh:
T. FAKHRUL HADI NIM : 090402043
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR
PENGURANGAN ARUS NETRAL PADA SISTEM DISTRIBUSI TIGA FASA EMPAT KAWAT MENGGUNAKAN ZERO
SEQUENCE BLOCKING TRANSFORMER Oleh:
T. FAKHRUL HADI 090402043
Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
Sidang pada Tanggal 7 Bulan Mei Tahun 2014 di depan Penguji: 1. Ketua Penguji : Ir. Riswan Dinzi, M.T. ………... 2. Anggota Penguji : Ir. Eddy Warman, M.T ………...
Disetujui Oleh: Pembimbing Tugas Akhir
Ir. Zulkarnaen Pane, M.T. NIP. 195707201983031001
Diketahui Oleh:
Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU
ABSTRAK
Pada jaringan distribusi tiga fasa empat kawat, idealnya arus yang mengalir pada penghantar netral sama dengan nol. Akan tetapi apabila jaringan distribusi tiga fasa empat kawat melayani beban nonlinear dan atau beban tidak seimbang maka pada penghantar netral akan mengalir arus. Beban nonlinear ini membangkitkan arus harmonisa urutan nol. Arus yang mengalir pada penghantar netral didominasi oleh arus harmonisa urutan nol.
Zero sequence blocking transformer memiliki impedansi yang besar terhadap arus harmonisa urutan nol dan impedansi yang rendah terhadap arus harmonisa urutan positif dan negatif. Sehingga pemasangannya pada sisi sumber pada sistem distribusi tiga fasa empat kawat yang melayani beban-beban nonlinear satu fasa dapat menahan arus harmonisa urutan nol dan melalukan arus urutan positif dan negatif. Pada tugas akhir ini digunakan dua jenis zero sequence blocking transformer dengan jenis belitan konvensional dan bifilar. Di mana setiap zero sequence blocking transformer terdiri dari tiga trasformator satu fasa dengan perbadingan belitan 1:1.
Hasil ekperimen menunjukkan bahwa pada beban seimbang dan beban variasi penurunan arus penghantar netral saat penggunaan zero sequence blocking transformer dengan jenis belitan konvensional dan bifilar mendekati 93%, dan penurunan tertinggi terjadi saat presentase beban 100%.
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas berkat rahmat dan ridho-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan dengan baik tugas akhir ini. Serta shalawat beriring salam penulis haturkan kepada junjungan nabi besar Muhammad SAW.
Tugas akhir ini adalah bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul tugas akhir ini adalah:
“PENGURANGAN ARUS NETRAL PADA SISTEM DISTRIBUSI TIGA FASA EMPAT KAWAT MENGGUNAKAN ZERO SEQUENCE
BLOCKING TRANSFORMER”
Penulisan Tugas Akhir ini adalah salah satu persyaratan yang wajib dipenuhi setiap mahasiswa untuk memperoleh gelar sarjana teknik pada departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orangtua yang telah membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak terhingga yaitu Ayahanda (Drs. H. T. Junaidi) dan Ibunda (Dra. Hj. Hafni Indriati Nst, M.Si.) serta Abangnda (T. Fariz Hidayat, S.T.) dan Adinda (T. Ficky Surya Hadi) yang memberi dukungan, semangat dan doanya.
Selama masa kuliah sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis mendapat dukungan, bimbingan, dan pertolongan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hati penulis hendak menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Ir. Zulkarnaen Pane, M.T., sebagai Dosen Pembimbing tugas akhir saya yang telah bersedia meluangkan waktu di sela-sela kesibukan beliau untuk membimbing penulis mulai dari awal sampai selesainya Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Riswan Dinzi, M.T. dan Bapak Ir. Eddy Warman, M.T., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan tugas akhir ini.
3. Bapak Ir. Arman Sani, M.T., selaku dosen wali penulis yang banyak memberikan masukan dan pengarahan selama penulis menempuh perkuliahan.
4. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si., selaku Ketua Departemen Teknik Elektro.
6. Keluarga besar Laboratorium Transmisi dan Distribusi yang telah banyak membantu penulis dan tidak lupa kepada para asisten atas masukan-masukannya.
7. Seluruh staf pengajar dan administrasi Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
8. Sahabat-sahabat terbaik, Doni, Ahmad, Nanda, Kentrik, wangto, Andika, Rizky K, Agung, Dimas, Lukman, Yuli, Rizal, Arfan, Budi, Teguh, Reza, Arif, Adly, Masykur, Rudy, Tondy, Rizi, Nisa, Rizky, Faya, Asri, Leo dan seluruh teman-teman elektro stambuk 2009 lainnya yang tak bisa saya sebutkan satu persatu.
9. Munisa, S.Psi., terima kasih banyak atas semua bantuan, motivasi dan dukungan yang luar biasa serta doanya kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
10. Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah memberikan kontribusinya kepada penulis, baik secara langsung maupun tidak langsung, jasa kalian akan senantiasa penulis kenang dan sebagai acuan untuk menempuh hari-hari ke depan dengan penuh semangat dan lebih baik lagi .
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi penyempurnaan Tugas Akhir ini. Akhirnya penulis berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca, khususnya mahasiswa yang ingin lebih mengetahui dan mendalami Tugas Akhir Penulis.
Medan, Juni 2014 Penulis
T. Fakhrul Hadi
DAFTAR ISI
II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Arus Netral ... 4
2.2. Harmonisa ... 6
2.2.1. Harmonisa Triplen ... 10
2.2.2. Sumber Harmonisa ... 11
2.2.3. Dampak Harmonisa ... 13
2.2.4. Cara Untuk Mengurangi Arus Netral ... 14
2.3. Zero Sequence Blocking Transformer ... 15
2.3.1. Analisa Rangkaian Ekivalen Urutan Nol ... 20
III. METODE PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu ... 22
3.2. Zero Sequence Blocking Transformer ... 22
3.3. Bahan dan Peralatan yang Digunakan ... 23
3.4. Rangkaian Eksperimen ... 24
IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1. Sebelum Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer ... 28
4.2. Setelah Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer ... 31
4.2.1. Zero Sequence Blocking Transformer Dengan Belitan Konvensional (TR 1) ... 31
4.2.2. Zero Sequence Blocking Transformer Dengan Belitan Bifilar (TR 2) ... 34
4.3. Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer Pada Kondisi Beban Bervariasi ... 37
4.3.1. Zero Sequence Blocking Transformer Dengan Belitan Konvensional (TR 1) ... 37
4.3.1. Zero Sequence Blocking Transformer Dengan Belitan Bifilar (TR 2) ... 39
4.3. Rangkuman Eksperimen ... 42
V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 45
5.2. Saran ... 46
DAFTAR PUSTAKA ... 47
DAFTAR GAMBAR
No. Judul Halaman
2.1 Gelombang Fundamental, Harmonisa Kedua dan Harmonisa
Ketiga ... 7
2.2 Gelombang Hasil Penjumlahan Gelombang Fundamental Dengan Gelombang Harmonisa Ketiga ... 8
2.3 Fasor Fundamental ... 9
2.4 Fasor Harmonisa Kelima ... 9
2.5 Fasor Harmonisa Ketiga ... 10
2.6 Jaringan Tiga Fasa Empat Kawat Mensuplai Beban Linear Seimbang ... 11
2.7 Bentuk Gelombang Dari Ketiga Fasa dan Netral Mensuplai Beban Linear Seimbang ... 12
2.8 Jaringan Tiga Fasa Empat Kawat Mensuplai Beban Nonlinear Seimbang ... 12
2.9 Bentuk Gelombang Dari Ketiga Fasa dan Netral Mensuplai Beban Nonlinear Seimbang ... 13
2.10 ZSBT Menggunakan Tiga Buah Transformator Satu Fasa ... 16
2.11 Pemasangan ZSBT Pada Jaringan ... 16
2.12 Rangkaian Ekivalen Dari ZSBT ... 17
2.13 Transformator Dengan Belitan Konvensional ... 19
2.14 Transformator Dengan Belitan Bifilar ... 20
2.15 Rangkaian Ekivalen Urutan Nol Sistem Menggunakan ZSBT .. 20
3.2 Rangkaian Eksperimen Setelah Menggunakan Zero Sequence
Blocking Transformer ... 26
4.1 Sebelum Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer:
(a) BentukGelombang Arus Jala-jala Fasa R; (b) Spektrum
Arus Harmonisanya ... 30
4.2 Sebelum Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer:
(a) BentukGelombang Arus Netral; (b) Spektrum
Harmonisanya ... 31
4.3 Setelah Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 1:
(a) Bentuk Gelombang Arus Jala-jala Fasa R; (b) Spektrum
Harmonisanya ... 33
4.4 Setelah Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 1:
(a) Bentuk Gelombang Arus Netral ; (b) Spektrum
Harmonisanya ... 34
4.5 Setelah Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 2:
(a) Bentuk Gelombang Arus Jala-jala Fasa R; (b) Spektrum
Harmonisanya ... 36
4.6 Setelah Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 2:
(a) Bentuk Gelombang Arus Netral; (b) Spektrum
Harmonisanya ... 37
4.7 Grafik Hubungan Persentase Beban Dengan Besar Arus Netral
Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 1 ... 38
4.8 Grafik Hubungan Persentase Beban Dengan Persentase
Penurunan Arus Netral Penggunaan Zero Sequence Blocking
4.9 Grafik Hubungan Persentase Beban Dengan Besar Arus Netral
Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 2 ... 41
4.10 Grafik Hubungan Persentase Beban Dengan Persentase
Penurunan Arus Netral Penggunaan Zero Sequence Blocking
DAFTAR TABEL
No. Judul Halaman
4.1 Hasil Pengukuran Sebelum Penggunaan Zero Sequence
Blocking Transformer ... 28
4.2 Hasil Pengukuran Setelah Penggunaan Zero Sequence
Blocking Transformer TR 1 ... 32
4.3 Hasil Pengukuran Setelah Penggunaan Zero Sequence
Blocking Transformer TR 2 ... 35
4.4 Hasil Pengukuran Penggunaan Zero Sequence Blocking
Transformer TR 1 Pada Kondisi Beban Bervariasi ... 38
4.5 Hasil Pengukuran Penggunaan Zero Sequence Blocking
Transformer TR 2 Pada Kondisi Beban Bervariasi ... 40
4.6 Rangkuman Hasil Pengukuran Penggunaan Zero Sequence
Blocking Transformer TR 1 dan TR 2 Pada Kondisi
Beban Seimbang ... 42
4.7 Rangkuman Hasil Pengukuran Penggunaan Zero Sequence
Blocking Transformer TR 1 dan TR 2 Pada Kondisi Beban
ABSTRAK
Pada jaringan distribusi tiga fasa empat kawat, idealnya arus yang mengalir pada penghantar netral sama dengan nol. Akan tetapi apabila jaringan distribusi tiga fasa empat kawat melayani beban nonlinear dan atau beban tidak seimbang maka pada penghantar netral akan mengalir arus. Beban nonlinear ini membangkitkan arus harmonisa urutan nol. Arus yang mengalir pada penghantar netral didominasi oleh arus harmonisa urutan nol.
Zero sequence blocking transformer memiliki impedansi yang besar terhadap arus harmonisa urutan nol dan impedansi yang rendah terhadap arus harmonisa urutan positif dan negatif. Sehingga pemasangannya pada sisi sumber pada sistem distribusi tiga fasa empat kawat yang melayani beban-beban nonlinear satu fasa dapat menahan arus harmonisa urutan nol dan melalukan arus urutan positif dan negatif. Pada tugas akhir ini digunakan dua jenis zero sequence blocking transformer dengan jenis belitan konvensional dan bifilar. Di mana setiap zero sequence blocking transformer terdiri dari tiga trasformator satu fasa dengan perbadingan belitan 1:1.
Hasil ekperimen menunjukkan bahwa pada beban seimbang dan beban variasi penurunan arus penghantar netral saat penggunaan zero sequence blocking transformer dengan jenis belitan konvensional dan bifilar mendekati 93%, dan penurunan tertinggi terjadi saat presentase beban 100%.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Sistem distribusi tenaga listrik tiga fasa empat kawat umumnya digunakan
untuk mendistribusikan energi listrik ke pusat-pusat beban listrik tegangan rendah,
seperti perkantoran, perumahan dan industri. Beban yang terhubung pada sistem
ini lebih didominasi oleh beban-beban nonlinear berupa peralatan listrik
elektronik satu fasa, seperti komputer, printer, lampu hemat energi, UPS, dan
lain-lain. Beban-beban nonlinear ini membangkitkan arus harmonisa urutan nol, arus
harmonisa urutan nol yang dibangkitkan dari beban-beban nonlinear satu fasa
secara komulatif mengalir melalui penghantar netral sistem. Dengan demikian,
apabila arus jala-jala sistem mempunyai kandungan arus harmonisa urutan nol
yang tinggi, maka arus netral sistem akan menjadi sangat berlebihan. Masalah lain
yang timbul akibat harmonisa adalah peralatan listrik akan rusak, terjadi
overheating pada penghantar, dan lain-lain. Untuk mengurangi kerusakan
peralatan-peralatan listrik yang diakibatkan harmonisa, maka hal yang harus di
lakukan adalah mengurangi atau memfilter harmonisa tersebut [1], [2].
Untuk memfilter harmonisa dapat digunakan dengan dua cara yaitu dengan
menggunakan filter aktif dan menggunakan filter pasif. Pada tugas akhir ini untuk
mengurangi harmonisa urutan nol (triplen) dan nilai arus pada penghantar netral
adalah dengan menggunakan zero sequence blocking transformer. Zero sequence
blocking transformer dihubungkan seri dengan beban pada jaringan distribusi tiga
Sebelumnya sudah ada penelitian untuk mengurangi arus pada penghantar
netral dengan menggunakan tiga transformator satu fasa yang digunakan sebagai
zero sequence blocking transformer dengan menggunakan beban induktif tiga fasa
[3].
Pada tugas akhir ini penulis menggunakan tiga transfomator satu fasa yang
digunakan sebagai zero sequence blocking transformer dengan menggunakan
beban nonlinear berupa lampu hemat energi, untuk mengurangi besarnya arus
harmonisa triplen dan nilai arus RMS pada penghantar netral. Dan dalam tugas
akhir ini penulis membandingkan penggunaan zero sequence blocking transformer
yang dibelit secara konvensional dengan zero sequence blocking transformer yang
dibelit secara bifilar.
1.2. Perumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dari tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Bagaimana pengaruh penggunaan zero sequence blocking transformer
dalam mengurangi komponen arus harmonisa urutan nol triplen (orde
ke- 3, 9 dan 15) dan nilai arus RMS pada penghantar netral di saluran
distribusi tiga fasa empat kawat untuk beban yang bersifat nonlinear
dalam kondisi seimbang.
2. Bagaimana pengaruh penggunaan zero sequence blocking transformer
terhadap persentase THD pada penghantar fasa dan netral di saluran
distribusi tiga fasa empat kawat untuk beban yang bersifat nonlinear
dalam kondisi seimbang.
1.3. Tujuan
Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah untuk mengetahui
pengaruh penggunaan zero sequence blocking transformer terhadap penurunan
nilai RMS arus netral pada sistem distribusi tiga fasa empat kawat yang
mempunyai beban satu fasa nonlinear.
1.4 Batasan Masalah
Pembatasan masalah yang dilakukan dalam penulisan Tugas Akhir ini
adalah sebagai berikut:
1. Pengambilan data dilakukan dalam kondisi tunak (steady-state).
2. Tidak dilakukan variasi terhadap tegangan sumber pada setiap
percobaan.
3. Tegangan sumber merupakan tegangan dengan bentuk gelombang
sinusoidal.
4. Beban yang digunakan pada percobaan hanya berupa beban nonlinear
yaitu lampu hemat energi berjenis CFL (Compact Fluorescent Lamp).
5. Sumber arus harmonisa pada eksperimen hanya berasal dari beban.
1.5. Manfaat
Manfaat yang diharapkan dari penulisan tugas akhir ini adalah dengan
penggunaan zero sequence blocking transformer dapat mengurangi nilai arus
RMS dan arus harmonisa urutan nol (triplen) yang mengalir di penghantar netral.
Di mana metode ini dapat diterapkan di industri, pabrik, maupun gedung yang
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Arus netral
Jaringan distribusi tegangan rendah adalah jaringan tiga fasa empat kawat
dengan aturan, terdiri dari 3 penghantar fasa (R,S,T) dan satu penghantar netral.
Jika jaringan distribusi tersebut mempunyai beban linear seimbang maka tidak ada
arus netral. Namun, dalam kondisi sebenarnya, beban yang terpasang tidak
seimbang karena sebagian besar jaringan menyuplai seperangkat peralatan beban
satu fasa. Jaringan distribusi sekarang sebagian besar menyuplai penggunaan
peralatan beban nonlinear. Dengan meningkatnya penggunaan beban nonlinear
maka menyebabkan adanya distorsi harmonik pada arus beban dan timbulnya arus
netral [4].
Pada suatu kondisi di mana sistem distribusi tiga fasa empat kawat
melayani beban-beban nonlinear satu fasa yang tidak seimbang, arus yang
mengalir pada penghantar netral merupakan penjumlahan dari arus fundamental
dan arus harmonisa urutan nol (terutama harmonisa triplen) [5].
Pada sistem distribusi yang seimbang dan melayani beban nonlinear, arus
harmonisa pada penghantar netral dapat diturunkan dengan menggunakan
transformasi Fourier. Adapun persamaannya adalah sebagai berikut: [6]
��(�) =�1sin(ω�+�1 ) +�3sin(3ω�+�3) +�5sin(5ω�+�5) + … (2.1)
��(�) =�1sin(ω� −120° +�1) +�3sin(3(ω� −120°) +�3) +
��(�) =�1sin(ω� −240° +�1) +�3sin(3(ω� −240°) +�3) +
�5sin(5(ω� − 240°)+�5)+ … (2.3)
Dengan menjumlahkan arus pada ketiga fasa, maka dapat diperoleh
persamaan untuk arus netral sebagai berikut:
��(�) =��(�) +��(�) +��(�) = 0 + 3 (�3sin(3ω�+�3) + 0 + … (2.4)
Dari persamaan di atas dapat dilihat bahwa arus yang mengalir pada
penghantar netral adalah arus harmonisa triple.
Pada sistem distribusi yang tidak seimbang dan melayani beban nonlinear,
arus harmonisa pada penghantar netral dapat dapat diturunkan dengan
menggunakan transformasi Fourier. Adapun persamaannya adalah sebagai
berikut: [6]
Karena penjumlahan dari komponen urutan positif dan komponen urutan
negatif adalah nol (1 +�+�2 = 0). Maka hanya komponen urutan nol saja yang
terdapat pada penghantar netral. Hal ini dituliskan dengan :
�
̅
�,� =(
1 +�+�2)
�̅
1,� +(
1 +�+�2)
�̅
2,�+ 3�̅
0,� = 3�0,̅
� (2.7)Dengan menggunakan hukum Kirchoff pada Persamaan (2.7) dihasilkan:
�̅�,� = 3�̅0,� = 3∗ 1
3��̅�,� +�̅�,� +�̅�,��= �̅�,� +�̅�,� +�̅�,� (2.8)
�̅�,� = ��,�����,� , �̅�,� =��,�����,� ,�̅�,� =��,�����,�,
maka �̅�,� diberikan oleh :
�̅�,� =���,�cos��,�+��,�cos��,�+��,�cos��,��
+�(��,�sin��,� +��,�sin��,� +��,�sin��,�) (2.9)
Dengan menggunakan persamaan di atas, amplitudo IN,i dan sudut fasa
φN,i dari harmonisa ke-i pada penghantar netral dapat dihitung. Amplitudo IN,i
dapat diperoleh dengan persamaan:
��,�= ����,�cos��,�+��,�cos��,�+��,�cos��,�� 2
+���,�sin��,�+��,�sin��,�+��,�sin��,��2 (2.10)
Sedangkan sudut fasa φN,i untuk harmonisa ke-i dapat diperoleh dengan
persamaan:
��,� =����� �Im (�̅�,�)
Re (�̅�,�)� (2.11)
Jika amplitudo dan sudut fasa harmonisa di penghantar fasa diketahui,
unsur harmonisa pada arus di penghantar netral dapat diperoleh dengan
menggunakan Persamaan (2.10) dan (2.11) [6].
Dalam kenyataannya, pada sistem distribusi tenaga listrik tiga fasa empat
kawat sering dijumpai arus netral sistem mencapai lebih dari 1.73 kali arus
fasanya [2].
2.2. Harmonisa
Harmonisa merupakan suatu model matematis dari bentuk gelombang
sinusoidal yang terdistorsi pada keadaan sebenarnya. Hal ini merupakan suatu
teknik untuk menganalisa gelombang ac yang terdistorsi. Semua bentuk
gelombang sinusoidal dari berbagai macam frekuensi yang merupakan kelipatan
integer dari frekuensi fundamental. Pada sistem distribusi dengan frekuensi
fundamental sebesar 50 Hz, dapat mengandung harmonisa ketiga (150Hz), kelima
(250Hz), ketujuh (350Hz), dan lain-lain [1].
Harmonisa dapat dibagi menjadi dua yaitu harmonisa orde ganjil dan
harmonisa orde genap. Harmonisa orde ganjil terdiri dari harmonisa ke- 3, 5, 7, 9,
dst. Sedangkan harmonisa orde genap terdiri dari harmonisa ke- 2, 4, 6, 8, dst.
Harmonisa ke- 1 tidak termasuk dalam harmonisa ganjil karena merupakan
frekuensi fundamental (dasar) [7].
Pengertian dari frekuensi harmonisa ditunjukkan pada Gambar 2.1.
Harmonisa kedua mengalami dua kali siklus penuh selama satu kali siklus
frekuensi fundamentalnya, dan harmonisa ketiga mengalami tiga kali siklus penuh
selama satu kali siklus frekuensi fundamentalnya. �1,�2, dan �3 adalah nilai
puncak dari komponen harmonisanya. Gambar 2.2 merupakan penjumlahan dari
gelombang fundamental dengan gelombang harmonisa ketiga [7].
1 Cycle
Gambar 2.2 Gelombang Hasil Penjumlahan Gelombang Fundamental Dengan Gelombang Harmonisa Ketiga
Untuk suatu sistem tiga fasa seimbang yang mensuplai beban nonlinear,
harmonisa dapat dibagi menjadi tiga bagian sesuai dengan urutan fasanya, yaitu
[7]:
1. Harmonisa urutan positif
Yaitu harmonisa urutan positif terdiri dari tiga buah fasor yang sama
besarnya, terpisah antara satu dengan yang lain sebesar 120°, dan
mempunyai urutan fasor yang sama dengan fasor aslinya. Harmonisa
urutan-positif terdiri dari harmonisa orde ke-1, 4, 7, 10, dst. Gambar 2.3
I S1 I T1
I R1 URUTAN FASA POSITIF
Gambar 2.3 Fasor Fundamental
2. Harmonisa urutan negatif
Yaitu harmonisa urutan negatif terdiri dari tiga buah fasor yang sama
besarnya, terpisah antara satu dengan yang lain sebesar 120°, dan
mempunyai urutan fasor yang berlawanan dengan fasor aslinya.
Harmonisa urutan-negatif terdiri dari harmonisa orde ke-2, 5, 8, 11, dst.
Gambar 2.4 menunjukkan fasor dari harmonisa kelima.
I T5 I S5
I R5 URUTAN FASA NEGATIF
3. Harmonisa urutan nol
Yaitu harmonisa urutan nol terdiri dari tiga buah fasor yang sama
besarnya dan dengan pergeseran fasa 0° antara fasor yang satu dengan
yang lain. Harmonisa urutan nol terdiri dari harmonisa orde ke-3, 6, 9, 12,
dst. Gambar 2.5 menunjukkan fasor dari harmonisa ketiga.
I R3, I S3, I T3 URUTAN FASA NOL
Gambar 2.5 Fasor Harmonisa Ketiga
Arus harmonisa yang mengalir di penghantar netral didominasi oleh arus
harmonisa urutan nol [8].
2.2.1. Harmonisa Triplen
Harmonisa triplen adalah harmonisa ganjil kelipatan tiga seperti harmonisa
ke-3, 9, 15, 21, dan lain-lain. Harmonisa triplen juga dikenal sebagai harmonisa
urutan nol karena selalu berada sefasa satu sama lain [1]. Harmonisa triplen
menjadi masalah yang penting pada sistem tiga fasa empat kawat karena arus
harmonisa triplen mengalir dan saling menjumlahkan di penghantar netral. Ini
2.2.2 Sumber Harmonisa
Pada suatu sistem ditribusi tenaga listrik, pembangkit membangkitkan
bentuk gelombang tegangan dan arus sinusoidal yang hampir sempurna. Beban
yang dipikul sistem berupa beban linier dan beban nonlinear. Akan tetapi pada
kenyataannya beban pada tiap fasa didominasi oleh beban-beban nonlinear.
Sehingga bentuk gelombang sinusoidal yang sempurna tidak bertahan disisi
konsumen karena penggunaan dari beban-beban nonlinear tersebut yang menarik
arus nonsinusoidal. Beban-beban ini merusak bentuk gelombang tegangan dan
arus pada sistem kelistrikan dan menghasilkan harmonisa pada sistem listrik.
Gambar 2.6 mengilustrasikan beban linear seimbang arus masing-masing
fasa dari ketiga fasa hanya terdiri dari bentuk gelombang fundamental dan
gelombang pada netralnya merupakan penjumlahan dari ketiga fasa (tidak
mengalir arus) seperti pada gambar 2.7 [1].
BEBAN
Fasa R
Fasa S
Fasa T
Netral
Gambar 2.7 Bentuk Gelombang Dari Ketiga Fasa dan Netral Mensuplai Beban Linear Seimbang
Akan tetapi, di lingkungan yang sering terjadi harmonisa kondisi ini
sangatlah berbeda, Gambar 2.8 mengilustrasikan kondisi dimana beban nonlinear
menghasilkan harmonisa triplen dan saling menjumlahkan satu sama lain di
penghantar netral seperti diperlihatkan pada Gambar 2.9 [1].
BEBAN
Fasa R
Fasa S
Fasa T
Netral
Gambar 2.9 Bentuk Gelombang Dari Ketiga Fasa dan Netral Mensuplai Beban Nonlinear
Sumber harus harmonisa yang utama pada sistem distribusi tenaga listrik
adalah beban-beban nonlinear yang mempergunakan konverter-konverter statis
berupa penyearah-penyearah jembatan dioda. Pada sistem distribusi tenaga listrik
tiga fasa empat kawat tegangan rendah banyak terdapat beban-beban nonlinear
satu fasa berupa peralatan-peralatan listrik berbasis elektronik seperti
lampu-lampu fluorescent yang menggunakan ballast elektronik, TV, komputer, catu daya
pengisi batere, mesin fotocopy dan lain sebagainya yang menggunakan
penyearah-penyearah satu fasa [2].
2.2.3. Dampak Harmonisa
Tegangan dan arus harmonisa dapat menimbulkan efek yang berbeda-beda
pada peralatan listrik yang terhubung dengan jaringan listrik tergantung
a. Naiknya nilai arus netral pada jaringan distribusi tiga fasa empat kawat.
b. Mengganggu peralatan kontrol yang digunakan pada sistem elektronik.
c. Kesalahan pada peralatan pengukuran listrik yang menggunakan prinsip
induksi magnetik.
d. Menggangu alat-alat pengaman dalam sistem tenaga listrik seperti relay.
e. Pada mesin-mesin berputar seperti generator dan motor, menyebabkan
getaran dan suara/bising.
f. Bila ada sistem komunikasi yang dekat dengan sistem tenaga listrik
maka sistem komunikasi tersebut dapat terganggu.
2.2.4. Cara Untuk Mengurangi Arus Harmonisa
Sistem distribusi tenaga listrik tiga fasa empat kawat umumnya digunakan
untuk mendistribusikan energi listrik ke pusat-pusat beban listrik tegangan rendah.
Beban yang terhubung pada sistem ini lebih didominasi oleh beban-beban
nonlinear berupa peralatan listrik elektronik satu fasa. Arus harmonisa urutan nol
yang dibangkitkan dari beban-beban nonlinear satu fasa secara komulatif mengalir
melalui penghantar netral sistem. Dengan demikian, apabila arus jala-jala sistem
mempunyai kandungan arus harmonisa urutan nol yang tinggi, maka arus netral
sistem akan menjadi sangat berlebihan. Hal ini merupakan salah satu
permasalahan utama akibat arus harmonisa pada sistem distribusi tenaga listrik
tiga fasa empat kawat.
Arus harmonisa urutan nol yang ada di jala-jala sistem dapat
dieleminir/dikurangi dengan metoda pelalu arus urutan nol (Zero Passing) dan
Zero Passing adalah suatu rangkaian elektromagnetik yang berfungsi
untuk melalukan arus harmonisa urutan nol. Oleh karena itu, suatu Zero Passing
mempunyai impedansi yang rendah terhadap arus harmonisa urutan nol dan
impedansi yang tinggi terhadap arus urutan lainnya. Zero Passing bisa didapatkan
dari beberapa konfigurasi rangkaian elektromagnetik multi belitan seperti trafo
Y-∆, autotrafo zigzag dan autotrafo scott [2].
Zero Blocking adalah suatu rangkaian elektromagnetik yang berfungsi
untuk menahan arus harmonisa urutan nol. Oleh karena itu, suatu Zero Blocking
haruslah mempunyai impedansi yang besar terhadap arus harmonisa urutan nol
dan impedansi yang rendah terhadap arus urutan lainnya [2].
Pada tugas akhir ini penulis menggunakan tiga transformator satu fasa
yang digunakan sebagai zero sequence blocking transformer untuk mengurangi
besarnya arus harmonisa urutan nol dan nilai arus netral.
2.3. Zero Sequence Blocking Transformer
Dalam proses pengurangan harmonisa arus di jala-jala sistem distribusi
tenaga listrik tiga fasa empat kawat, zero sequence blocking transformer (ZSBT)
berfungsi sebagai panahan arus urutan nol dan pelalu arus urutan lainnya. Oleh
karena itu, suatu ZSBT haruslah mempunyai impedansi urutan nol yang besar dan
impedansi urutan lainnya yang sangat kecil. Untuk memenuhi kriteria tersebut,
suatu ZSBT dapat dibentuk dari tiga buah trasnformator satu fasa yang
N1 N2
Gambar 2.10 ZSBT Menggunakan Tiga Buah Transformator Satu Fasa
Pada Gambar 2.11 N1 adalah belitan pada sisi primer dan N2 adalah
belitan pada sisi sekunder. Pada sisi primer transformator terhubung seri dengan
sumber dan beban dan pada sekunder tranformator terhubung paralel.
N1
L lk
Gambar 2.12 Rangkaian Ekivalen Dari ZSBT
Rangkaian ekivalen dari ZSBT ditunjukkan pada Gambar 2.12 yang
menggunakan rangkaian listrik untuk transformator satu fasa. Llk adalah
induktansi bocor dan Lo adalah induktansi magnetisasi dari setiap transformator
satu fasa. Untuk memudahkan analisis, semua resistensi telah diabaikan dan telah
dianggap bahwa rasio untuk setiap transformator satu fasa adalah 1:1 (N1=N2).
Pada sisi sekunder dari transformator terhubung wye, maka jumlah
arusnya adalah nol.
��2+��2+��2 = 0 (2.12)
Tegangan pada sisi sekunder transformator �0 dapat dinyatakan:
�0 = �0 �
=�0 �
��(��1− ��2) =�0 �
��(��1− ��2) (2.13)
Dari Persamaan (2.12) dan (2.13), diperoleh tegangan
�
0 :�0 =�30��� (��1+��1+��1)
(2.14)
Dimana Lo adalah induktansi magnetisasi dari transformator satu fasa :
�� = �2
�
(2.15)
Dengan N dan R menjadi jumlah gulungan atau belitan dan reluktansi dari
transformator satu fasa.
Tegangan pada sisi primer dari fasa a dapat dinyatakan
�� = ��� . �
Impedansi dari ZSBT dapat diturunkan dengan menggabungkan
persamaan ��� = (��+��+��)
3 = ���� =���� =���� dengan Persamaan (2.16) dan
mengabaikan induktansi bocor, impedansi yang dihasilkan oleh ZSBT terhadap
arus urutan nol adalah impedansi magnetisasi dari transformator satu fasa
(��� = (��� +��)� ≈ ���). Untuk komponen urutan positif dan negatif, dapat
diturunkan bahwa impedansi yang ada adalah impedansi bocor (����� =��� �).
ZSBT dengan menggunakan tiga buah transformator satu fasa memiliki
keuntungan lebih mudah dalam pembuatannya, sehingga cocok untuk aplikasi
pada daya yang tinggi. Pada aplikasi yang berdaya tinggi, arus yang melalui
penghantar ZSBT terbilang cukup tinggi, sehingga kabel dengan luas penampang
yang besar harus digunakan. Sehingga penggulungan belitan yang simetris
terbilang lebih mudah agar arus urutan positif dan negatif tidak menghasilkan
Rating daya suatu ZSBT dapat ditentukan oleh Persamaan (2.17).
Rating daya ZSBT = I02 ZZB (2.17)
Dimana I0 adalah arus urutan nol pada fasa dan ZZB adalah impedansi
ZSBT. Rating daya ZSBT ini sangat kecil, namun yang perlu diperhatikan adalah
kesesuaian ukuran kawat konduktor belitannya yang akan dilalui arus sistem [2].
Pada tugas akhir ini penulis menggunakan 2 buah ZSBT dengan jenis
belitan konvensional dan bifilar. Perbandingan belitan setiap transformator 1:1.
Belitan konvensinal adalah kawat berisolasi yang dililit pada suatu inti. Kawat
primer terlebih dahulu dililitkan setelah itu kawat skunder dililitkan. Gambar 2.13
menunjukkan transformator yang dililit secara konvensional. Belitan bifilar adalah
sepasang kawat berisolasi yang saling berdekatan satu sama lain dan dililit pada
suatu inti yang sama. Satu kawat sebagai lilitan primer sedangkan kawat yang lain
sebagai lilitan sekunder. Gambar 2.14 menunjukkan transformator yang dililit
secara bifilar [10].
Primer
Sekunder
Isolasi
Primer Sekunder
Gambar 2.14 Transformator Dengan Belitan Bifilar
2.3.1 Analisis Rangkaian Ekivalen Urutan Nol
Zero sequence blocking transformer (ZSBT) berfungsi sebagai panahan
arus urutan nol dan pelalu arus urutan lainnya. Maka penggunaan ZSBT pada
suatu sistem dapat dianalisis. Gambar 2.15 merupakan rangkaian ekivalen urutan
nol per fasa [11].
Zs ZZB
iN
Vs ZL iL0
Gambar 2.15 Rangkaian Ekivalen Urutan Nol Sistem Menggunakan ZSBT
Keterangan:
VS : Sumber tegangan
iL0 : Sumber arus urutan nol
iN : Arus netral menuju sumber
ZZB : Impedansi ZSBT
ZL : Impedansi beban
Dari Gambar 2.13 besar arus iN dapat diperoleh sebagai berikut:
�
�=
����+���+��
�
�0(2.18)
Pada Persamaan (2.18) dapat dilihat bahwa efektifitas pengurangan arus
netral menuju sumber tergantung kepada perbandingan antara impedansi urutan
nol ZSBT (ZZB) dan impedansi beban (ZL). Jika impedansi urutan nol ZSBT
(ZZB) jauh lebih besar dibanding impedansi beban (ZL) maka makin besar
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu
Penelitian dilakukan dengan eksperimen di Laboratorium Transmisi dan
Distribusi, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU. Waktu penelitian
dilaksanakan selama 2 (dua) bulan.
3.2 Zero Sequence Blocking Transformer
Transformator satu fasa yang akan digunakan sebagai zero sequence
blocking transformer adalah transformator yang telah tersedia di Laboratorium
Transmisi dan Distribusi.
Dalam penelitian ini akan digunakan dua jenis zero sequence blocking
transformer yang terdiri dari tiga buah transformator satu fasa sehingga jumlah
transformator satu fasa yang digunakan berjumlah 6 unit. Jenis pertama (TR 1)
diberi kode TR 11, TR 12 dan TR 13 dan jenis kedua (TR 2) diberi kode TR 21,
TR 22 dan TR23.
Spesifikasi transformator jenis pertama (TR 1):
• Tegangan kumparan: 133 V/133 V
• Kapasitas: 500 VA
• Perbandingan belitan 1 : 1
• Jenis belitan kumparan: konvensional
Spesifikasi transformator jenis kedua (TR 2):
• Kapasitas: 300 VA
• Perbandingan belitan 1 : 1
• Jenis belitan kumparan: bifilar
Untuk memeriksa transformator ini apakah dapat digunakan sebagai zero
sequence blocking transformer maka terlebih dahulu diketahui impedansi urutan
nolnya. Inpedansi urutan nol ini adalah impedansi magnetik dari transformator
satu fasa.
Berdasarkan hasil pengujian open circuit test dan short circuit test
(Lampiran A) terhadap transformator satu fasa didapatkan rata-rata impedansi
urutan nol dari TR 1 dan TR 2 adalah 1641,3190 + j1111,8613 dan 1607,4202 +
j1236,5553.
3.3. Bahan dan Peralatan yang Digunakan
Bahan dan peralatan yang digunakan pada eksperimen adalah:
1. Satu unit alat ukur Three Phase Power Quality Analyzer merk FLUKE
model 435.
2. Tiga unit transformator satu fasa masing-masing 500 VA; 133V/133V
(TR 11, TR 12, TR 13).
3. Tiga unit transformator satu fasa masing-masing 300 VA; 127V/127V
(TR 21, TR 22, TR 23).
4. Dua puluh tujuh buah lampu hemat energi 23W/220V.
6. Satu set peralatan untuk instalasi rangkaian eksperimen antara lain
adalah: MCB 3P 16 A, MCB 1P 6A, magnetic contactor 9 A, kabel
kontrol, push-button switch, terminal block dan saklar.
7. 15 mtr kabel NYMHY 4 x 2,5 mm2.
3.4. Rangkaian Eksperimen
Gambar 3.1 menunjukkan rangkaian eksperimen sebelum menggunakan
zero sequence blocking transformer.
Gambar 3.1 Rangkaian Eksperimen Sebelum Menggunakan Zero Sequence Blocking Transformer
Sumber tegangan yang disuplai ke rangkaian eksperimen berasal dari
sumber PLN dari panel distribusi yang terdapat di Laboratorium Transmisi dan
Distribusi dengan tegangan 380V/220V. Pada setiap fasa terdapat beban berupa
lampu hemat energi. Penggunaan lampu hemat energi ini dimaksudkan sebagai
sumber arus harmonisa urutan nol. Susunan lampu hemat energi disetiap fasa
Fasa R: 2 x 18W + 9 x 23W = 243W
Fasa S: 2 x 18W + 9 x 23W = 243W
Fasa T: 2 x 18W + 9 x 23W = 243W +
Daya Total = 729W
Untuk eksperimen dengan beban yang bervariasi, beban diatur sedemikian
rupa dengan daya per fasa yang seimbang sehingga mendekati 25%, 50%, 75%,
dan 100% dari daya total yang dipakai pada eksperimen sebelumnya. Adapun
susunannya adalah sebagai berikut:
a. Beban 25%
Fasa R: 1 x 18W + 2 x 23W = 64W
Fasa S: 1 x 18W + 2 x 23W = 64W
Fasa T: 1 x 18W + 2 x 23W = 64W +
Daya Total = 192W
b. Beban 50%
Fasa R: 5 x 23W = 115W
Fasa S: 5 x 23W = 115W
Fasa T: 5 x 23W = 115W +
Daya Total = 345W
c. Beban 75%
Fasa R: 8 x 23W = 184W
Fasa S: 8 x 23W = 184W
Fasa T: 8 x 23W = 184W +
d. Beban 100%
Fasa R: 2 x 18W + 9 x 23W =243W
Fasa S: 2 x 18W + 9 x 23W = 243W
Fasa T: 2 x 18W + 9 x 23W = 243W +
Daya Total = 192W
Gambar 3.2 menunjukkan rangkaian eksperimen pengurangan arus
harmonisa urutan nol dengan menggunakan zero sequence blocking transformer.
Di mana pengukuran dengan menggunakan Power Quality Analyzer.
R
Gambar 3.2 Rangkaian Eksperimen Setelah Menggunakan Zero Sequence Blocking Transformer
3.5. Teknik Pengukuran
Pengukuran yang dilakukan dengan kondisi sebagai berikut :
1. Beban seimbang, tanpa menggunakan zero sequence blocking
transformer.
2. Beban seimbang, dengan menggunakan zero sequence blocking
3. Daya beban bervariasi, tanpa menggunakan zero sequence blocking
transformer TR 1 & TR 2.
4. Daya beban bervariasi, dengan menggunakan zero sequence blocking
transformer TR 1 & TR 2.
Pengukuran dilakukan pada tegangan sumber daya yang berbentuk
sinusoidal seimbang, untuk melakukan pengukuran terhadap parameter-parameter
yang diperlukan, digunakan Power Quality Analyzer Fluke model 435. Diagram
penyambungan untuk melaksanakan pengkuran oleh PQ meter tersebut seperti
yang terlihat pada rangkaian eksperimen Gambar 3.1 dan Gambar 3.2.
Pada setiap kondisi akan dilakukan pengukuran terhadap
parameter-parameter berikut, yaitu:
1. Tegangan dan Arus: Untuk mengetahui nilai rms tegangan dan arus
pada setiap fasa dan netral.
2. Daya dan Energi: Untuk mengetahui nilai daya aktif (W), daya total
(VA), daya reaktif (VAR), faktor daya (power factor) dan displacement
power factor (Cos φ).
3. Scope: Untuk mengetahui bentuk gelombang tegangan dan arus pada
setiap fasa dan netral.
4. Harmonisa: Untuk mengetahui spektrum arus harmonisa pada satiap
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1. Sebelum Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer
Data-data hasil pengukuran yang dilakukan terhadap besaran-besaran
listrik sebelum penggunaan zero sequence blocking transformer pada kondisi
beban seimbang ditampilkan pada Tabel 4.1. Sedangkan bentuk gelombang arus
dan spektrum harmonisa dari penghantar fasa R dan netral diperlihatkan pada
Gambar 4.1 dan Gambar 4.2.
Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Sebelum Menggunakan Zero Sequence Blocking Transformer
Besaran Fasa R Fasa S Fasa T Netral
Frekuensi (Hz) 49,952
Tegangan rms (V) 214,31 212,40 212,14 0,60
Arus rms (A) 1,267 1,284 1,296 2,110
THD arus (%) 75,3 74,3 72,9 3188
Dari Tabel 4.1 dapat dilihat bahwa tegangan masing-masing fasa ke netral
sedikit tidak seimbang. Hal ini dikarenakan sumber tegangan tiga fasa yang
digunakan pada saat eksperimen diambil langsung dari sumber PLN.
Ketidakseimbangan tegangan ini bergantung kepada banyaknya penggunaan
layanan PLN (beban) pada masing-masing fasa. Pada eksperimen ini diasumsikan
bahwa sumber tiga fasa yang digunakan adalah sumber tiga fasa yang seimbang,
karena ketidakseimbangan tegangan pada masing-masing fasa relatif kecil.
Arus pada setiap fasa relatif seimbang karena beban yang digunakan pada
netral cukup besar yaitu 164% dari rata-rata arus yang mengalir pada penghantar
fasa. Ini disebabkan karena beban yang digunakan pada eksperimen adalah beban
nonlinear.
Nilai THD arus yang terdapat pada masing-masing fasa cukup tinggi yaitu
pada fasa R adalah 75,3%. Nilai THD arus yang terdapat pada penghantar netral
jauh lebih besar dari pada Nilai THD arus pada masing-masing fasa yaitu 3188%.
Pada Gambar 4.1(b) dapat dilihat bahwa arus yang mengalir pada fasa R terdiri
dari komponen arus harmonisa urutan positif (orde ke-7, 13, 19 dan seterusnya),
komponen arus harmonisa urutan negatif (orde ke-5, 11, 17 dan seterusnya) dan
komponen arus harmonisa urutan nol (orde ke-3, 9, 15 dan seterusnya). Akan
tetapi pada penghantar netral arus yang mengalir didominasi oleh komponen arus
harmonisa urutan nol, sedangkan komponen arus harmonisa urutan positif dan
urutan negatif sangat kecil sehingga dapat diabaikan seperti terlihat pada Gambar
4.2(b). Hal ini disebabkan pada penghantar netral komponen arus harmonisa
urutan nol saling menjumlahkan dan komponen arus harmonisa urutan positif dan
(a) Bentuk Gelombang Arus Fasa R
(b) Spektrum Harmonisa Arus Fasa R
(a) Bentuk Gelombang Arus Netral
(b) Spektrum Harmonisa Arus Netral
Gambar 4.2. Sebelum Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer: (a) Bentuk Gelombang Arus Netral; (b) Spektrum Arus Harmonisanya
4.2. Setelah Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer
4.2.1. Zero Sequence Blocking Transformer Dengan Belitan Konvensional (TR 1)
Data-data hasil pengukuran yang dilakukan terhadap besaran-besaran
listrik setelah penggunaan zero sequence blocking transformer dengan belitan
konvensional (TR 1) pada kondisi beban seimbang ditampilkan pada Tabel 4.2.
Sedangkan bentuk gelombang arus dan spektrum harmonisa dari penghantar fasa
Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Setelah Menggunakan Zero Sequence Blocking Transformer TR 1
Besaran Fasa R Fasa S Fasa T Netral
Frekuensi (Hz) 49,948
Tegangan rms (V) 210,98 209,46 209,25 0,12
Arus rms (A) 0,976 0,989 1,008 0,131
THD arus (%) 45,3 46,8 45,5 670,6
Dari Tabel 4.2 dapat dilihat bahwah terjadi penurunan nilai arus pada
penghantar fasa dan penghantar netral. Nilai penurunan arus pada fasa R 1,267 A
menjadi 0, 976 A, pada fasa S 1,284 A menjadi 0,989 A, pada fasa T 1,296 A
menjadi 1,008 A, sedangkan pada penghantar netral 2,110 A menjadi 0,131 A.
Nilai rata-rata penurunan arus pada penghantar fasa sebesar 22,8%. Sedangkan
nilai penurunan arus pada penghantar netral adalah sebesar 93,7%. Arus yang
mengalir pada penghantar netral yaitu 13% dari rata-rata arus yang mengalir pada
penghantar fasa.
THD arus pada penghantar fasa dan penghantar netral juga mengalami
penurunan. Nilai penurunan THD pada fasa R 75,3% menjadi 45,3%, pada fasa S
74,3% menjadi 46,8%, pada fasa T 72,9% menjadi 45,5%, sedangkan pada
penghantar netral 3188% menjadi 670,6%. Nilai rata-rata penurunan THD pada
penghantar fasa sebesar 28,3% dan pada penghantar netral sebesar 2517,4%.
Penurunan nilai arus dan THD pada penghantar fasa dan netral ini
disebabkan karena komponen arus harmonisa urutan nol mengalami penurunan
setelah penggunaan zero sequence blocking transformer dengan belitan
konvensional (TR 1), seperti ditunjukkan pada Gambar 4.3(b) dan Gambar 4.4(b).
mengalami penurunan karena zero sequence blocking transformer dengan belitan
konvensional (TR 1) memiliki impedansi urutan nol yang besar.
(a) Bentuk Gelombang Arus Fasa R
(b) Spektrum Harmonisa Arus Fasa R
(a) Bentuk Gelombang Arus Netral
(b) Spektrum Harmonisa Arus Netral
Gambar 4.4. Setelah Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 1: (a) Bentuk Gelombang Arus Netral; (b) Spektrum Arus Harmonisanya
4.2.2. Zero Sequence Blocking Transformer Dengan Belitan Bifilar (TR 2)
Data-data hasil pengukuran yang dilakukan terhadap besaran-besaran
listrik setelah penggunaan zero sequence blocking transformer dengan belitan
bifilar (TR 2) pada kondisi beban seimbang ditampilkan pada Tabel 4.3.
Sedangkan bentuk gelombang arus dan spektrum harmonisa dari penghantar fasa
Tabel 4.3. Hasil Pengukuran Setelah Menggunakan Zero Sequence Blocking Transformer TR 2
Besaran Fasa R Fasa S Fasa T Netral
Frekuensi (Hz) 50,070
Tegangan rms (V) 213,17 211,44 211,78 0,12
Arus rms (A) 1,266 1,286 1,268 0,137
THD arus (%) 85 84,2 81,3 710,5
Dari Tabel 4.3 dapat dilihat bahwah terjadi penurunan nilai arus pada
penghantar netral. Sebelum penggunaan zero sequence blocking transformer nilai
arus pada penghantar netral adalah 2.110 A, sedangkan setelah penggunaan zero
sequence blocking transformer nilai arus pada penghantar netral menjadi 0,137 A.
Besar nilai penurunan arus netral adalah sebesar 93,5%. Arus yang mengalir pada
penghantar netral yaitu 11% dari rata-rata arus yang mengalir pada penghantar
fasa. Nilai arus pada penghantar fasa relatif sama yaitu, fasa R 1,266 A, fasa S
1,286 A, fasa T 1,268 A.
THD arus pada penghantar netral mengalami penurunan. Nilai penurunan
THD pada penghantar netral 3188% menjadi 710,5%. Besar nilai penurunan THD
pada Penghantar netral sebesar 2477,5%. Sedangkan THD pada penghantar fasa
mengalami kenaikan. Nilai kenaikan THD pada fasa R 75,3% menjadi 85%, pada
fasa S 74,3% menjadi 84,2%, pada fasa T 72,9% menjadi 81,3%. Besar nilai
kenaikan THD pada penghantar fasa sebesar 9,3%.
Penurunan nilai arus dan THD pada penghantar netral disebabkan karena
komponen arus harmonisa urutan nol mengalami penurunan, seperti ditunjukkan
pada Gambar 4.6(b). Sedangkan kenaikan nilai THD pada penghantar fasa
penurunan akan tetapi arus harmonisa urutan negatif mengalami kenaikan, seperti
ditunjukkan pada Gambar 4.5(b). Sehingga perbandingan antara jumlah arus
harmonisa dengan arus fudamentar mengalami kenaikan setelah penggunaan zero
sequence blocking transformer dengan belitan bifilar (TR 2). Berdasarkan
Persamaan (2.18) dapat dilihat bahwa nilai arus penghantar netral mengalami
penurunan karena zero sequence blocking transformer dengan belitan bifilar (TR
2) memiliki impedansi urutan nol yang besar.
(a) Bentuk Gelombang Arus Fasa R
(b) Spektrum Harmonisa Arus Fasa R
(a) Bentuk Gelombang Arus Netral
(b) Spektrum Harmonisa Arus Netral
Gambar 4.6. Setelah Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 2: (a) Bentuk Gelombang Arus Netral; (b) Spektrum Arus Harmonisanya
4.3. Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer Pada Kondisi Beban Bervariasi
4.3.1. Zero Sequence Blocking Transformer Dengan Belitan Konvensional (TR 1)
Hasil pengukuran penggunaan zero sequence blocking transformer dengan
belitan konvensional (TR 1) pada kondisi beban yang bervariasi disajikan pada
Tabel 4.4 Hasil Pengukuran Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 1 Pada Kondisi Beban Bervariasi
Beban
Dari Tabel 4.4 dan Gambar 4.7 dapat dilihat bahwa Sebelum penggunaan
zero sequence blocking transformer, setiap kenaikan presentase beban diikuti
dengan kenaikan arus netral. Akan tetapi setelah penggunaan zero sequence
blocking transformer, setiap kenaikan presentase beban tidak diikuti dengan
kenaikan arus netral.
Gambar 4.7 Grafik Hubungan Persentase Beban Dengan Besar Arus Netral Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 1
0.682
Gambar 4.8 Grafik Hubungan Persentase Beban Dengan Persentase Penurunan Arus Netral Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 1
Gambar 4.8 menunjukkan grafik hubungan antara presentase beban
dengan presentase penurunan arus netral pada penggunaan zero sequence blocking
transformer. Presentase penurunan arus netral paling kecil adalah 80.6% pada saat
beban 25%, sedangkan presentase penurunan arus netral paling besar adalah
93.7% pada saat beban 100 %. Dari Gambar 4.8 dapat disimpulkan bahwa zero
sequence blocking transformer TR 1 yang digunakan untuk mengurangi besar arus
pada penghantar netral lebih baik kinerjanya pada saat sistem berbeban tinggi.
4.3.2. Zero Sequence Blocking Transformer Dengan Belitan Bifilar (TR 2)
Hasil pengukuran penggunaan zero sequence blocking transformer dengan
belitan bifilar (TR 2) pada kondisi beban yang bervariasi disajikan pada Tabel 4.5 70
Tabel 4.5 Hasil Pengukuran Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 2 Pada Kondisi Beban Bervariasi
Beban
Dari Tabel 4.5 dapat dilihat bahwa setiap kenaikan persentase beban, arus
netral dengan penggunaan zero sequence blocking transformer selalu lebih kecil
dibandingkan tanpa penggunaan zero sequence blocking transformer. kenaikan
presentase beban juga diikuti dengan kenaikan yang hampir linear pada arus netral
sebelum penggunaan zero sequence blocking transformer. Akan tetapi setelah
penggunaan zero sequence blocking transformer presentase kanaikan beban tidak
diikuti dengan kenaikan arus netral. Gambar 4.9 menunjukkan grafik hubungan
antara presentase beban dengan besar arus pada penghantar netral.
Pada Tabel 4.5 dapat dilihat bahwa Presentase penurunan arus netral
paling kecil adalah 80.9% pada saat beban 25%, sedangkan presentase penurunan
arus netral paling besar adalah 94.1% pada saat beban 100 %. Gambar 4.10
menunjukkan grafik hubungan antara presentase beban dengan presentase
Dapat disimpulkan bahwa zero sequence blocking transformer TR 2 yang
digunakan untuk mengurangi besar arus pada penghantar netral lebih baik
kinerjanya pada saat sistem berbeban tinggi.
Gambar 4.9 Grafik Hubungan Persentase Beban Dengan Besar Arus Netral Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 2
Gambar 4.10 Grafik Hubungan Persentase Beban Dengan Persentase Penurunan Arus Netral Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 2
0.682
Tanpa Trafo Zero Blocking Dengan Trafo Zero Blocking
70
4.4. Rangkuman Eksperimen
Rangkuman hasil pengukuran untuk beberapa besaran-besaran penting
sebelum dan setelah penggunaan zero sequence blocking transformer TR 1 dan
TR 2 dalam kondisi beban seimbang dan beban variasi disajikan pada Tabel 4.6
dan Tabel 4.7.
Tabel 4.6 Rangkuman Hasil Pengukuran Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 1 dan TR 2 Pada Kondisi Beban Seimbang
Besaran Sebelum
Dari Tabel 4.6 dapat dilihat bahwa arus pada setiap penghantar fasa terjadi
penurunan pada penggunaan zero sequence blocking transformer TR 1, sedangkan
pada penggunaan zero sequence blocking transformer TR 2 tidak mengalami
kenaikan (tetap).
Arus yang mengalir pada pengantar netral dan perbandingan arus netral
dengan arus fasa sebelum menggunaakan zero sequence blocking transformer
adalah 2,110 A dan 164%. Setelah penggunaan zero sequence blocking
arus netral dengan arus fasa adalah 0,131 A dan 13%, presentase penurunan arus
netral sekitar 93,7%. Dan setelah penggunaan zero sequence blocking transformer
TR 2 arus yang mengalir pada penghantar netral dan perbandingan arus netral
dengan arus fasa adalah 0,137 A dan 11%, presentase penurunan arus netral
sekitar 93,5%. Zero sequence blocking transformer TR 1 dan TR 2 efektif dalam
penurunan arus netral.
Tabel 4.7 Rangkuman Hasil Pengukuran Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 1 dan TR 2 Pada Kondisi Beban Variasi
Beban Besaran Sebelum
Beban Besaran Sebelum
Dari Tabel 4.7 dapat dilihat bahwa kenaikan presentase beban diikuti
dengan kenaikan arus pada penghantar netral. Setelah penggunaan zero sequence
blocking transformer TR 1 dan TR 2 arus pada penghantar netral mengalami
penurunan. Penurunan tertinggi terjadi pada beban 100% dan penurunan terendah
terjadi pada beban 25%. zero sequence blocking transformer TR 1 dan TR 2
efektif digunakan pada beban 100%. Rata-rata perbandingan arus netral dengan
arus fasa sebelum penggunaan zero sequence blocking transformer TR 1 dan TR 2
adalah 171%. Dan setelah penggunaan zero sequence blocking transformer TR 1
dan TR 2 rata-rata perbandingan arus netral dengan arus fasa adalah 16% dan
19%.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Dari hasil penelitian dan pembahasan yang dilakukan, diperoleh
kesimpulan sebagai berikut:
1. Penggunaan zero sequence blocking transformer dengan belitan
konvensional (TR 1) pada kondisi beban yang seimbang mengurangi
arus rms yang mengalir pada penghantar netral sebesar 93,7%. Dan
pada beban variasi, penurunan tertinggi terjadi saat presentase beban
100% .
2. Penggunaan zero sequence blocking transformer dengan belitan bifilar
(TR 2) pada kondisi beban yang seimbang mengurangi arus rms yang
mengalir pada penghantar netral sebesar 93,5%. Dan pada beban
variasi, penurunan tertinggi terjadi saat presentase beban 100%
3. Pada kondisi beban variasi, besar penurunan arus rms penghantar netral
selalu lebih rendah saat penggunaan zero sequence blocking
transformer TR 1 dan TR 2 dibanding sebelum penggunaan zero
sequence blocking transformer.
4. Kedua jenis zero sequence blocking transformer (TR 1 & TR 2) efektif
5.2. Saran
Adapun saran dari penulis sebagai pengembangan dari tugas akhir ini
adalah sebagai berikut:
1. Melakukan eksperimen dengan menggunakan gabungan beban yang
nonlinear dan linear.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Azhar, Ahmad, “Mitigation of Triolen Harmonics in Three-Phase Four-Wire Electrical Distribution System”, thesis of the degree of master of science in electrical engineering, universitas teknikal malaysia melaka, 2007.
[2] Syafrudin, “Metoda Baru Pengurangan Arus Harmonisa Pada Sistem Distribusi Tenaga Listrik,” Disertasi, Institut Teknologi Bandung, 2001.
[3] Aitor Laka, Jon Andoni Barrena, Javier Chivite-Zabalza, Miguel Angel Rodriquez Vidal, “Novel Zero-Sequence Blocking Transformer (ZSBT) Using Three Single-Phase Transformers”, IEEE Trans on Energy Conversion, Vol. 28, No. 1, March 2013.
[4] P.Stojano, Dobrivoje et al. “Measurement and Analysis of Neutral Conductor Current in Low Voltage Distribution Network”. IEEE 2009
[5] Negi, A.; Surendhar, S.; Kumar, S.R.; Raja, P., "Assessment and comparison of different neutral current compensation techniques in three-phase four-wire distribution system," Power Electronics for Distributed Generation Systems (PEDG), 2012 3rd IEEE International Symposium on, pp.423-430, 25-28 June 2012.
[6] Desmet, J. J M; Sweertvaegher, I.; Vanalme, G.; Stockman, K.; Belmans, R. J M, "Analysis of the neutral conductor current in a three-phase supplied network with nonlinear single-phase loads," Industry Applications, IEEE Transactions on , vol.39, no.3, pp.587-593, May-June 2003.
[7] C. Sankaran. “Power Quality.” USA : CRC Press LLC, 2002
[8] Stevenson, W.D.,”Analisis Sistem Tenaga Listrik,” Edisi Keempat. 1983. Penerbit Erlangga, Jakarta.
[9] Syahwil, Muhammad; Tola, Muhammad; Majang, Salama, “Studi Dampak Harmonisa Terhadap Susut Teknis Pada Industri Semen (Kasus Industri Semen Tonasa),” Media Elektrik, vol.5, no.2, Desember 2010.
[10] McLyman, Col. Wm. T.,”Transformer and Inductor Design Handbook”, Third Edition. 2004. Marcel Dekker, Inc.
LAMPIRAN A
PARAMETER TRANSFORMATOR A.1.1. TRANSFORMATOR: TR 11 (500 VA; 133/133 Volt)
2,1061 2,1061 3,5313 3,5313 1735,4497 1274,1508
A.1.2. TRANSFORMATOR: TR 12 (500 VA; 133/133 Volt)
A.1.3. TRANSFORMATOR: TR 13 (500 VA; 133/133 Volt)
A.2. 1. TRANSFORMATOR: TR 21 (300 VA; 127/127 Volt)
Pengujian Tahanan DC
PRIMER SEKUNDER
2,7822 2,8934 0,12938 0,12938 1586,2581 1304,023
A.2.2. TRANSFORMATOR: TR 22 (300 VA; 127/127 Volt)
Pengujian Beban Nol
No V1 (volt) IOC (amp) POC (watt) VOC (volt)
1,9401 1,9401 0,081652 0,081652 1625,1451 1284,3477
A.2. 3. TRANSFORMATOR: TR 23 (300 VA; 127/127 Volt)
Pengujian Beban Nol
No V1 (volt) IOC (amp)
1,9584 1,9584 0,045133 0,045133 1610,8575 1121,2953
LAMPIRAN B
HASIL PENGUKURAN TEGANGAN, ARUS, DAN FREKUENSI PADA EKSPERIMEN
B.1. Eksperimen Sebelum Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer Tabel B.1 Volt/Amps/Hertz Sebelum Penggunaan
Zero Sequence Blocking Transformer
(b)
(c)
(d)
B.2. Eksperimen Setelah Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer Dengan Belitan Konvensional (TR 1)
Tabel B.2 Volt/Amps/Hertz Setelah Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 1
(b)
(c)
(d)
B.3. Eksperimen Setelah Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer Dengan Belitan Bifilar (TR 2)
Tabel B.3 Volt/Amps/Hertz Setelah Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 2
(b)
(c)
(d)
B.4. Eksperimen Sebelum Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer Pada Kondisi Beban Bervariasi
Tabel B.4 Volt/Amps/Hertz Sebelum Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer Dengan Beban 25%
Tabel B.6 Volt/Amps/Hertz Sebelum Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer Dengan Beban 75%
B.5. Eksperimen Setelah Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer Dengan Belitan Konvensional (TR 1) Pada Kondisi Beban Bervariasi
Tabel B.8 Volt/Amps/Hertz Setelah Penggunaan
Zero Sequence Blocking Transformer TR 1 Dengan Beban 25%
Tabel B.9 Volt/Amps/Hertz Setelah Penggunaan
Tabel B.10 Volt/Amps/Hertz Setelah Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 1 Dengan Beban 75%
Tabel B.11 Volt/Amps/Hertz Setelah Penggunaan
B.6. Eksperimen Setelah Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer Dengan Belitan Bifilar (TR 2) Pada Kondisi Beban Bervariasi
Tabel B.12 Volt/Amps/Hertz Setelah Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 2 Dengan Beban 25%
Tabel B.14 Volt/Amps/Hertz Setelah Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 2 Dengan Beban 75%
Tabel B.15 Volt/Amps/Hertz Setelah Penggunaan
LAMPIRAN C FOTO DOKUMENTASI
Gambar C.1 Zero Sequence Blocking Transformer TR 1
Gambar C.3 Beban Lampu Hemat Energi
