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 tepatnya di Kampus PTKI Medan. Suplai energi listrik untuk operasional gedung
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 Beban
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 diselesaikan. Dimana pada kenyataannya sistem kelistrikan yang ada di gedung
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 Io 69.4 A
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 Ordo harmonisa Individual harmonic tegangan IHDv (%) Individual harmonic arus IHDi (%) h1 100 100 h3 1.4 48.4 h5 2.4 32.3 h7 0.0 14.1 h9 0.1 6.7 h11 0.4 5.3 h13 0.2 3.3 h15 0.1 0.6 h17 0.0 2.6 h19 0.1 1.3 h21 0.1 1.3 h23 0.1 1.3 h25 0.0 1.3 h27 0.1 2.6 h29 0.0 0.6 h31 0.2 4.0 h33 0.1 2.6 h35 0.0 3.3 h37 0.0 0.6 h39 0.0 1.3 h41 0.1 1.3 h43 0.0 2.0 h45 0.0 2.0 h47 0.1 2.0 h49 0.1 1.3
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 Swedan, I Wayan Rinas, 2009 [6] Analisa Penanggulangan THD dengan Filter Pasif Pada Sistem Kelistrikan Di RSUP Sanglah.
Filter Pasif
THDi mengalami penurunan memenuhi standart IEEE 519-1992 hingga nilai terendah 2,36% Dimana penurunan THDi arus mencapai 15,18%
Young Sik Cho et al, 2011 [7]
Single tuned passive harmonic filter design considering variances of tuning and quality factor
Filter passive single tuned
Pemasangan Filter pasif single
tuned dapat menurunkan THDi 5 berkurang dari 72,6% menjadi 7,9 %, harmonisa ke 7 dari 61,8 % menjadi 11,2%, harmonisa ke 11 dari 20,9% menjadi 4,5%, harmoisa ke 13 dari 13,2% menjadi 2,9% Sumit Kanwar et al, 2013 [8] Power Quality Improvement in Faulty Conditions using Tuned Harmonic Filters Filter Passive Single tuned
Pemasangan filter untuk jaringan tiga phasa, dapat menurunkan THDi 6,40% menjadi 1,46%
Tabel 1.4 (Sambungan)
Nama Judul penelitian Metode Hasil yang diperoleh
G.Suresh Babu et al, 2009 [9]
A Novel approach in the design of optimal tuning frequency of a single tuned harmonic filter for an alternator with rectifier loads
Filter
Single tuned
Menurunkan harmonisa arus Ke-5 dari 47,26% menjadi 16,17% Zubair Ahmed Memon et al, 2012 [10] Harmonics Mitigation of Industrial Power 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 faktor daya pada workshop PTKI Medan.
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 dibawah standar IEEE 519-1992.
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.
