BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang masalah
Kualitas daya listrik sangat dipengaruhi oleh penggunaan jenis-jenis beban
tertentu seperti beban non linier dan beban induktif. Akibat yang ditimbulkan adalah
turunnya efisiensi energi listrik dan rendahnya kualitas daya dari sistem. Ini
disebabkan tingginya kandungan harmonisa dan rendahnya faktor daya karena
meningkatnya arus reaktif. Harmonisa telah terbukti memiliki dampak kerusakan
pada peralatan diantaranya transformator, mesin-mesin berputar, kapasitor bank dan
relay-relay proteksi. Peralatan-peralatan ini mengalami rugi-rugi dan pemanasan
yang berlebihan [1][2].
Harmonisa merupakan fenomena yang ditimbulkan dari pengoperasian beban
listrik non linier, dimana akan terbentuk gelombang yang berfrekuensi dasar 50 Hz
yang menyebabkan bentuk gelombang arus dan tegangan yang idealnya adalah
sinusoidal menjadi tidak sinusoidal [3]. Semakin banyaknya penggunaan beban non
linier diperkirakan harmonisa yang ditimbulkan akan semakin besar dan dapat
mengganggu sistem kinerja dari peralatan elektronika lainnya dan juga dapat
menyebabkan panas berlebih pada sumber tenaga listrik [4].
Gedung workshop PTKI Medan terletak di jalan Medan Tenggara VII
digunakan energi listrik kapasitas 175 A dan menggunakan Suplai dari transformator
PLN sebesar 250 KVA.
Gambar 1.1. Diagram satu garis instalasi daya listrik
Pada Gambar 1.1 terlihat bahwa transformator tidak sepenuhnya ke gedung 20 KV
250 KVA
UMUM PTKI Medan
PKS mini Main Panel
PCC Panel Gedung
Workshop Gedung
Perkuliahan
Gedung Pabrikasi
Gedung Administrasi Mini Plan
pada jaringan instalasi dari transformator ke stand meter PTKI Medan sepanjang
7 meter, lalu dari stand meter ke main panel 15 meter serta dari main panel ke panel
workshop 15 meter.
Beban pada gedung workshop PTKI Medan
Dari Gambar 1.1 Beban yang ada pada gedung workshop sesuai pada Tabel 1.1.
Tabel 1.1 Beban pada workshop PKTI Medan
No Nama alat Unit Daya (Watt)
1 Mesin shaping 1 3000
2 Mesin milling vertical 1 4400
3 Mesin milling horizontal 1 4000
4 Pross 400x620 Lathe 1 1 745,7
5 Pross 400x620 Lathe 2 1 745,7
6 Mesin bor 2 500
7 Winho high speed precision lathe 1 5625
8 Mesin potong plat besi 1 1100
9 Mesin gerinda duduk 2 1500
10 Mesin penggulung plat 1 750
11 Mesin las 1 4400
12 Mesin gergaji besi 1 400
Dengan data beban tersebut dan hasil pengukuran pada Tabel 1.2 dan Tabel 1.3
permasalahan harmonisa dan rendahnya faktor daya merupakan masalah yang harus
workshop PTKI Medan perlu adanya perbaikan, dengan cara mereduksi harmonisa
agar faktor daya dapat meningkat sesuai dengan kebutuhan.
Karena meningkatnya penggunaan peralatan beban non linier dan teknologi
baru dalam bangunan, arus harmonik yang dihasilkan dalam sistem distribusi
menimbulkan masalah baru bagi peralatan listrik lainnya. Masalah ini serius ketika
kualitas daya menjadi perhatian utama yang disebabkan beberapa beban non linier
bila saat diaktifkan menunjukkan bentuk gelombang terdistorsi oleh tegangan. Daya
berkualitas mengacu kepada sejauh mana tegangan dan arus dalam sistem mewakili
bentuk gelombang sinusoidal [5].
Hasil pengukuran harmonisa yang telah dilakukan pada PCC beban di gedung
workshop PTKI Medan. Diperoleh data hasil pengukuran pada line 3 lebih besar
THDi dibanding dengan line 1 dan line 2, terlihat pada Tabel 1.2.
Tabel 1.2 Hasil pengukuran pada PCC
V,I,f – METER
4 W L1 L2 L3 Satuan
VL 212.9 213.9 210.8 V
THDv 1.9 2.2 3.2 %
IL 23.9 31.2 44.3 A
THDi 35.4 60.2 64.3 %
Freq 50 H
P 1.0 0.7 6.7 kW
Q 7.5 6.6 7.8 kVAr
S 7.6 6.7 10.3 kVA
PF 0.13 0.10 0.65
Pengukuran harmonisa dilakukan pada fasa dari ordo ke-1 sampai dengan
ordo ke-49. Hasil pengukuran IHDv dan IHDi dapat dilihat pada Tabel 1.3.
Tabel 1.3 Hasil pengukuran IHDv dan IHDi
Berdasarkan Tabel 1.3 hasil pengukuran terlihat pada IHDv tidak terjadi
gangguan yang melebihi batas harmonisa IEEE 519-1992. Namun, pada hasil
pengukuran IHDi terjadi gangguan pada ordo ke-3, ke-5, ke-7, ke-9. Arus yang
terdapat pada ordo tersebut tidak sesuai dengan standar IEEE 519-1992.
Dampak harmonisa dapat dibedakan atas jangka pendek dan jangka panjang.
Dalam jangka pendek harmonisa dapat menyebabkan antara lain, menurunnya faktor
daya, kesalahan dalam pengukuran listrik yang menggunakan prinsip induksi
magnetik, getaran dan suara pada mesin-mesin. Dalam jangka panjang dapat
menyebabkan umur dari motor listrik berkurang, melemahnya isolasi dan dielektrik
serta dapat menyebabkan biaya tinggi.
Berdasarkan beberapa penelitian, salah satu cara yang digunakan untuk
meredam harmonisa adalah dengan pemasangan filter pasif single tuned. Untuk
mereduksi digunakan filter pasif single tuned. Filter pasif single tuned terdiri dari
Resistor (R), Induktor (L) dan Kapasitor (C) yang terhubung secara seri dan dapat
meredam harmonisa sekecil mungkin. Perbandingan arus hubung singkat (ISC)
dengan arus beban maksimum (IL) adalah Short Circuit Ratio (SCR). Nilai SCR
digunakan sebagai penentu batasan standar harmonisa sesuai dengan standar IEEE
519-1992. Filter pasif single tuned adalah salah satu filter untuk mereduksi harmonisa
arus dan harmonisa tegangan [1].
Idealnya, energi listrik disalurkan ke beban dalam bentuk gelombang
menyebabkan arus yang mengalir pada beban-beban tersebut menjadi tidak sama
dengan bentuk gelombang tegangannya yang sinusoidal. Penurunan faktor daya
sebenarnya dapat diatasi dengan memasang kapasitor bank yang dipasang paralel
dengan sistem untuk mengkompensasi daya induktip akibat pembebanan. Disamping
dapat menaikkan tegangan sistem, dapat juga menurunkan arus yang mengalir pada beban.
Berbagai upaya telah dilakukan oleh para peneliti untuk mereduksi harmonisa
menggunakan filter pasif single tuned. Penelitian tentang reduksi harmonisa yang
sudah dilakukan dengan menggunakan filter pasif dapat dilihat pada Tabel 1.4.
Tabel 1.4 Penelitian filter pasif single tuned harmonisa
Nama Judul penelitian Metode Hasil yang diperoleh
I Nengah
THDi mengalami penurunan
memenuhi standart IEEE 519-1992 hingga nilai terendah 2,36%
Single tuned passive harmonic filter design
Pemasangan Filter pasif single tuned dapat menurunkan THDi 5
Tabel 1.4 (Sambungan)
Nama Judul penelitian Metode Hasil yang diperoleh
G.Suresh
filter for an alternator
with rectifier loads
Filter
Single
tuned
Menurunkan harmonisa arus Ke-5
dari 47,26% menjadi 16,17%
Zubair
System Using Passive
Filters
Filter
Passive
Single
tuned
filter pasif mengurangi distorsi
total harmonik dari sumber 20,77
menjadi 4,32%. Hasil reduksi
memenuhi standar harmonisa
direkomendasikan IEEE 519
1.2 Perumusan masalah
Berdasarkan latar belakang masalah yang telah dijelaskan dapat dirumuskan
masalah yang akan diteliti yaitu:
1. Merancang filter pasif single tuned dengan parameter yang tepat, untuk
meredam harmonisa yang terjadi pada workshop PTKI Medan.
2. Nilai harmonisa yang timbul akibat penggunaan beban mempengaruhi
1.3 Batasan masalah
Untuk mempermudah agar penelitian yang dilakukan tidak terlalu melebar,
maka penelitian ini akan dibatasi:
1. Untuk menganalisa penelitian ini dilakukan hanya pada satu fasa sebab
beban dianggap seimbang.
2. Filter harmonisa yang digunakan pada penelitian ini adalah filter pasif
single tuned.
3. Pada penelitian ini tidak membahas bagaimana timbulnya harmonisa yang
dihasilkan oleh beban non linier pada objek penelitian, tetapi diperoleh dari
data hasil pengukuran langsung pada sumber panel.
4. Perancangan filter berupa simulasi menggunakan bantuan tools pada
MATLAB/simulink.
5. Pengukuran dilakukan pada saat beban puncak di gedung workshop PTKI
Medan.
1.4 Tujuan penelitian
1. Merancangan filter pasif single tuned, dapat meredam harmonisa yang
terjadi pada gedung workshop PTKI Medan. Hingga mencapai dibawah
standar IEEE 519-1992.
2. Pemasangan filter pasif single tuned dapat memperbaiki kualitas daya pada
gedung workshop PTKI Medan dengan meredam harmonisa mencapai
1.5 Manfaat penelitian
Penelitian yang dilakukan pada gedung workshop PTKI Medan diharapkan
dapat memberi manfaat:
1. Menambah pengetahuan dan memperkaya ilmu teknik elektro khususnya di
bidang kualitas daya yaitu harmonisa.
2. Menjadi bahan rujukan bagi instansi terkait dalam menentukan besaran
nilai filter yang akan digunakan untuk meredam harmonisa yang
ditimbulkan karena penggunaan beban non linier.
