NOPTIN HARPAWI NRP Dosen Pembimbing Prof. Dr. Ir. Adi Soeprijanto, MT Ir. Sjamsjul Anam, MT

ANALISIS PENGARUH PEMASANGAN MINI CAPACITOR BANK TERHADAP KUALITAS LISTRIK DI RUMAH TANGGA SERTA PERANCANGAN FILTER AKTIF MENGGUNAKAN KONTROLER PI SEBAGAI PELINDUNG KAPASITOR DARI HARMONISA

Dosen Pembimbing

Prof. Dr. Ir. Adi Soeprijanto, MT Ir. Sjamsjul Anam, MT

NOPTIN HARPAWI NRP 2208100502

PENDAHULUAN

1

TEORI PENUNJANG

2

METODOLOGI

3

PENGUKURAN, SIMULASI DAN ANALISIS

4

PENUTUP

Latar Belakang

• Saat ini menghemat penggunaan daya adalah

sesuatu yang mutlak

• Menganalisis pengaruh pemasangan kapasitor

terhadap kualitas listrik

• Meningkatnya beban listrik yang bersifat non

linear seperti lampu hemat energi, komputer,

UPS, sehingga menimbulkan gangguan yang

bernama harmonisa.

Tujuan

• Mengetahui pengaruh pemasangan Mini Capacitor Bank

terhadap kualitas listrik rumah tangga (meliputi power

factor, tegangan, arus, harmonisa, dan rugi-rugi daya)

• Mengetahui seberapa besar optimalisasi pemanfaatan daya

yang dihasilkan dari pemasangan Mini Capacitor Bank

• Mengetahui pengaruh pemasangan Mini Capacitor Bank

terhadap tagihan listrik bulanan dan terhadap jaringan

listrik PLN

• Mendapatkan rancangan filter aktif sebagai alat pelindung

kapasitor terhadap tegangan/arus lebih yang ditimbulkan

oleh komponen harmonisa

Batasan Masalah

• Sistem kelistrikan yang digunakan sebagai objek tugas akhir adalah sistem kelistrikan rumah tangga satu phasa di bawah 6600 VA (Golongan R1 atau R2)

• Studi kasus dilakukan pada Mini Capacitor Bank Merk “SAVE TRICK” dengan kapasitansi total 10.216 uF.

PENDAHULUAN

1

TEORI PENUNJANG

2

METODOLOGI

3

PENGUKURAN, SIMULASI DAN ANALISIS

4

PENUTUP

Kapasitor

d

dielektrik

2 Keping pelat sejajar dengan luas masing-masing adalah A

d

A

C





Rating Kapasitor

Daya reaktif yang dihasilkan oleh kapasitor adalah: Dimana:

Q : Daya Reaktif (Var)

V : Tegangan Kapasitor (Volt)

f : Frekuensi jala-jala (Hz)

C : Kapasitansi (F)

Jika kapasitor dipasang tidak pada tegangan rating dan besar tegangan tersebut adalah V0, maka besar daya reaktif yang dihasilkan:

C

f

V

Q



2

.

2



.

Q

V

Q

2 0











Pemasangan Kapasitor

1. Pemasangan secara paralel (Shunt)

1.Tujuan pemasangan kapasitor secara paralel adalah: - Memperbaiki Power Factor

- Mengurangi rugi-rugi di saluran - Menaikkan tegangan beban

2.Tujuan pemasangan kapasitor secara seri adalah:

Pemasangan seri biasanya untuk kompensasi daya reaktif saluran transmisi yang disebabkan oleh induktansi saluran.

Kualitas Listrik

Secara umum, kualitas daya listrik dapat diartikan sebagai segala hal yang berhubungan dengan:

1. Keadaan tegangan 2. Harmonisa

3. Faktor daya

Faktor Daya (Power Factor)

Definisi umum dari faktor daya adalah ratio antara daya aktif (P) dan daya total (S).

Active Power Reactive Power Apparent Power   Cos P Pf  

Daya Reaktif yang dibutuhkan:

Perbaikan Faktor Daya

2  1  P1 = P2 P (Watt) Q (VAR) Q2 Q1 S2 (VA) S1 (VA)



tan



₁



tan



₂







Daya

aktif

Q

Harmonisa didefinisikan sebagai gelombang sinusoidal yang terjadi pada frekuensi kelipatan integer frekuensi fundamentalnya yang dikombinasi dengan gelombang frekuensi fundamental sehingga mengakibatkan bentuk gelombang terdistorsi.

1. Konverter, Rectifier, dan Inverter

Alat-alat di atas sangat banyak digunakan pada peralatan listrik. Misalnya pada Komputer, fax, TV, microwave, radio, mesin cuci,

Charger baterai, Uninterruptible Power Supply (UPS).

2. Lampu Hemat Energi

3. Dan beban non linier lainnya…

Diantara pengaruh harmonisa adalah: 1. Kabel 2. Interferensi Telepon 3. Alat Ukur 4. Mesin-mesin listrik 5. Resonansi

Pengaruh Harmonisa

- Merusak Peralatan

- Lifetime peralatan berkurang

Ini didefinisikan sebagai sebagai persentase total komponen harmonisa terhadap komponen fundamentalnya (dapat berupa tegangan atau arus).

Dimana:

Un adalah komponen harmonisa U1 adalah komponen fundamental

k adalah indek harmonisa maksimum yang diamati

Total Harmonic Distortion

% 100 1 2 1 2 2          



U U THD k n

FA menyediakan komponen harmonisa yang mirip dengan harmonisa yang dihasilkan oleh beban nonlinear.

Jika arus beban IL dapat dinyatakan oleh: Dimana:

IL1 = Arus fundamental

ILn = Arus frekuensi kelipatan fundamental

Filter Aktif



 





2 1 n Ln L L

I

I

I





Kontroler akan membandingkan nilai sebenarnya dari suatu sistem dengan nilai masukan (nilai yang dikehendaki), sehingga didapat selisih (error) yang nol atau mendekati nol.

Kontroler PI

) (t e ) 1 1 ( s Kp i  

_Sistem

u(t)

PENDAHULUAN

1

TEORI PENUNJANG

2

METODOLOGI

3

PENGUKURAN, SIMULASI DAN ANALISIS

4

PENUTUP

Flowchart Tugas Akhir

Pengumpulan data kelistrikan rumah tangga

Mempelajari spesifikasi kapasitor

Pemasangan kapasitor pada jaringan listrik dan pengukuran

Perancangan Filter aktif menggunakan PI Kontroler untuk melindungi kapasitor dari Melakukan perhitungan menggunakan rumus

parameter-parameter kualitas listrik setelah pemasangan kapasitor

Data kelistrikan diambil pada sebuah rumah di keputih perintis II no 54. Rumah ini berlangganan daya listrik sebesar 2200 VA

Objek Tugas Akhir

KWh PLN Trafo PLN

MDB

Kapasitor

Berikut adalah blok filter aktif yang direncanakan

PENDAHULUAN

1

TEORI PENUNJANG

2

METODOLOGI

3

PENGUKURAN, SIMULASI DAN ANALISIS

4

PENUTUP

Berikut Hasil pengukuran parameter-parameter listrik sebelum dan sesudah pemasangan kapasitor

Berikut Hasil perhitungan parameter-parameter listrik jika dipasang kapasitor 10.216 uF

1. Pelanggan rumah tangga hanya dikenakan biaya pemakaian Kilo Watt Jam (KWh). Sehingga pengaruh pemasangan kapasitor sebagai kompensator daya reaktif tidak akan mengurangi tagihan bulanan untuk pemakaian daya aktif yang sama.

2. Kalau pun ada pengurangan, itu sedikit sekali yaitu berkurangnya rugi-rugi panas di saluran instalasi disebabkan berkurangnya arus total.

Pengaruh Pemasangan Mini Capacitor Bank

Terhadap Tagihan Listrik Bulanan

1. Mengurangi drop tegangan dan mengurangi rugi-rugi jaringan 2. Semakin optimalnya pemanfaatan daya aktif di sisi pelanggan 3. Meningkatnya efesiensi peralatan seperti transformator daya dan

saluran penghantar

Pengaruh Pemasangan Mini Capacitor Bank

Terhadap PLN

a. Simulasi Tanpa Filter

Simulasi Filter

Parameter-parameter yang digunakan untuk rangkaian simulasi sistem tanpa filter adalah:

1. Tegangan sumber ( , f: 50 Hz) 2. Beban (S: 900 VA, Pf: 0.95, THDi: 22.9 %)

3. Impedansi Saluran (R: 1.17 Ohm, L: 0.1 mH)

V V_n 218 2 308.3

Hasil Simulasi Tanpa Filter:

Arus Jala-jala Spektrum frekuensi

THD Arus saat Tanpa Filter:

Arus fundamental (50Hz) = 5.5 A

Orde Harmonisa ke-n Magnitudo Arus Harmonisa

3 1.19 5 0.37 7 0.09 9 0.18 11 0.09 15 0.07 17 0.07 THD 23 %

% 100 ... 3 , 2 2 1 2 x I I THD n n a ru s



  2 1 2 1 7 2 1 5 2 1 1 2 9 2 7 2 5 2 3 I I I I I I I I THD       

Perhitungan nilai THD arus jala-jala di atas adalah:

2 2 2 2 2 2 2 2 5 . 5 07 . 0 07 . 0 09 . 0 18 . 0 09 . 0 27 . 0 19 . 1        THD

Hasil Simulasi Menggunakan Filter:

THD Arus Saat Menggunakan Filter:

Arus fundamental (50Hz) = 5.51 A

Orde Harmonisa ke-n Magnitudo Arus Harmonisa

3 0.02 5 0.02 7 0.02 9 0.02 11 0.01 15 0.004 17 0.006 THD 0.76 %

PENDAHULUAN

1

TEORI PENUNJANG

2

METODOLOGI

3

PENGUKURAN, SIMULASI DAN ANALISIS

4

PENUTUP

Kesimpulan

1. Pemasangan Mini Capacitor Bank pada listrik rumah tangga yang dijadikan objek menghasilkan peningkatan power factor (dari 0.95 lagging menjadi 0.99 lagging), mengurangi drop tegangan (karena turunnya arus dari 4.13A menjadi 3.89A, mengurangi daya total yang ditarik dari jala-jala PLN (dari 900 VA menjadi 850VA).

2. Pemasangan kapasitor bank tidak mengurangi tagihan listrik bulanan. Karena yang dikompensasi oleh alat ini hanya daya reaktif. Tetapi dengan pemasangan alat ini terjadi optimalisasi pemanfaatan daya berlangganan dari 900 VA turun menjadi 850 VA (turun 5.6 %)

3. THD arus jala-jala sebelum terpasang filter adalah 23%, dan setelah terpasang filter turun menjadi 0,76%.

Relevansi

• Menjadi referensi bagi konsumen listrik rumah tangga sebelum memutuskan untuk menggunakan Mini Capasitor Bank sebagai penghemat listrik.

• Menjadi referensi untuk mengetahui parameter-parameter kualitas listrik.

• Menjadi referensi dalam pengembangan perancangan pelindung kapasitor terhadap tegangan/arus lebih.

2. Spesifikasi Mini Capacitor Bank adalah:

Merk : SAVE TRICK

Type : ST 20 A

Tegangan : 240 V

Kapasitansi : 10.216 uF

Induktansi : 0.0018 mH

REFERENSI

1. Longland, “Power Capacitor Hand Book”, Buffer Worths, London, 1994.

2. J. Arrillaga, D. A. Bradley, P. S. Bodger, “Power Systems Harmonics”, John Wiley & Sons, 1985.

3. Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc, Ph.D, “Hand Out Analisis Sistem Tenaga”, ITS-Surabaya, 2009.

4. Prof. Dr. Ir. Mochammad Ashari, M.Eng, “Hand Out Elektronika Daya”, ITS-Surabaya, 2009.

5. Ir. Jos Pramudijanto, M.Eng, “Pengantar Sistem Pengaturan”, ITS-Surabaya, 2008.

6. http://digilib.petra.ac.id/jiunkpe/s1/elkt/2007/jiunkpe-ns-s1-2007-23403053-5216-capacitor_bank-chapter2.pdf.

7. Hurng-Liahng Jou , Jinn-Chang Wu, Kuen-Der Wu, Nan-Tsun Shen, Yao-Jen Chang, “Simplified method for protecting the power capacitor from over-voltage/over-current”, Electrical Power and Energy

PR     n n n dt nwt dt nwt T dt nwt t f T b dt nwt t f T a dt t f T a T T T T n T n T cos 1 cos 2 1 ) si n ( 1 ) si n ( 1 2 ) si n ( ) ( 2 ) cos( ) ( 2 ) ( 1 2 2 0 0 0 0 0                    











Dari Persamaan di atas „bn‟ hanya bernilai untuk n ganjil Hasilnya adalah:



 1 1