PENENTUAN FAKTOR PENGALI SISTEM PENGUKURAN
ANALOG UNTUK BEBAN NON LINEAR
TESIS
Oleh
EDDY WARMAN
087034006/TE
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
PENENTUAN FAKTOR PENGALI SISTEM PENGUKURAN
ANALOG UNTUK BEBAN NON LINEAR
TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknik Elektro Pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
Oleh Eddy Warman 087034006/MTE
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
Judul Tesis : PENENTUAN FAKTOR PENGALI SISTEM
PENGUKURAN ANALOG UNTUK BEBAN
NONLINEAR
Nama Mahasiswa : Eddy Warman Nomor Pokok : 087034006
Program Studi : Magister Teknik Elektro
Menyetujui
Komisi Pembimbing :
(Syafii, MT, Ph.D) (Prof. Dr. Tulus, M.Si)
Sekretaris Program Studi, Dekan,
(Drs. Hasdari Helmi, MT) (Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME)
Telah diuji pada
Tanggal : 18 April 2013
PANITIA PENGUJI TESIS : Ketua : Syafii, MT, Ph.D Anggota : Prof. Dr. Tulus, M.Si
i
ABSTRAK
Pada instalasi modern, arus yang mengalir sebenarnya jauh lebih tinggi dari arus yang diukur dengan alat ukur biasa (RMS meter). Hal ini disebabkan arus pada instalasi saat ini telah mengalami distorsi disebabkan adanya arus harmonisa akibat beban non linear, sehingga bentuk gelombang arus yang terdistorsi sudah menjadi non sinusoidal. Pengukuran arus RMS sebenarnya (true RMS) sangat penting dalam instalasi dimana terdapat sejumlah beban non linear, pembacaan RMS meter memberikan hasil pengukuran lebih rendah dari hasil pengukuran dengan True RMS Meter. Pembacaan RMS meter dapat memberikan nilai yang mendekati harga sebenarnya bila hasil pengukuran yang terbaca harus dikalikan dengan suatu faktor pengali yang besarnya tergantung kepada THD beban.
Penelitian ini dilakukan secara langsung di Laboratorium dengan beban lampu hemat energi (LHE), lampu pijar (LP), kombinasi LHE dan LP, dan Laptop, dari analisa data diperoleh bahwa hubungan antara faktor pengali dengan THD dapat dinyatakan dengan persamaan: y = 0,01x + 1,00 dimana y = faktor pengali dan x = THD arus. Makin besar THD beban, maka makin besar faktor pengali yang diperlukan.
Pengaruh harmonisa juga mengakibatkan kesalahan pembacaan kWh meter sesuai dengan kenaikan beban nonlinear (THD).
ii
ABSTRACT
In modern installations, the current flowing is actually much higher than the current measured by an ordinary measuring instrument (RMS meter). This is due to the fact that the current flowing at today’s installation has been distorted by harmonic currents caused by non-linear loads, so the distorted current waveform has been non-sinusoidal. The measurement of true RMS current is very important in installations where there are a number of non-linear loads, RMS meter reading will show lower measured value than True RMS Meter. RMS meter reading can give the value that approaches the true value if the measured value is multiplied with a multiplication factor which magnitude depends on the THD of loads.
This research is carried out directly in the laboratory with loads that consist of energy saving lamps (ESL), incandescent lamps (IL), a combination of ESL and IL, and Laptop, from the data analysis, it is obtained that the relationship between the multiplication factor and THD can be defined with equation: y = 0.01x + 1.00where y = multiplication factor and x = THD of current. The greater the THD of loads, the greater the multiplication factor that is required.
Harmonics effects also cause errors in kWh meter readings in accordance with the increase of non-linear loads (THD).jj
jjjjjjjjjjjjjjjjjjjjkjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjj
iii
KATA PENGANTAR
Dengan nama Allah Yang Maha Pengasih Lagi Maha Penyayang
Puji syukur alhamdullilah penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia yang dilimpahkan sehingga dapat menyelesaikan tesis ini, serta shalawat beriring salam penulis hadiahkan ke junjungan Rasulullah Muhammad SAW.
Alhamdulillah, penulis selesai juga menyusun tesis ini yang merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Strata dua di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul tesis ini “Penentuan Faktor Pengali Sistem Pengukuran Analog Untuk Beban Non Linear”.
Kepada Bapak Syafii, MT, Ph.D, Bapak Prof. Dr. Tulus, M.Si sebagai Komisi Pembimbing, Bapak Ir. Refdinal Nazir, M.S. Ph.D, dan Bapak Dr. Marwan Ramli, M.Si selaku penguji, penulis ucapkan terimakasih atas bimbingan dan motivasinya dalam hal penyelesaian tesis ini.
iv
Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara penulis ucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan selama mengikuti pendidikan Program Magister. Kepada Bapak-Bapak staf pengajar penulis ucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya atas bantuan dan kerjasamanya selam perkuliahan.
Pada kesempatan ini penulis juga mengucapkan ribuan terimakasih kepada istri Hj.Darmilis Daud dan anak-anak penulis Edwar Ammi Djamin, ST dan Djaka Cindy Djamin yang telah memberikan semangat dalam menyelesaikan tesis ini, adinda Sofian Hanafi Harahap, ST dan M. Rizal Batubara, ST. MT yang telah banyak membantu dan sarannya dalam penyelesaian tesis ini, serta semua pihak yang telah membantu sehingga tesis ini dapat selesai. Tak lupa juga penulis haturkan banyak terimakasih kepada ketua, sekretaris, dan seluruh staf pengajar DTE Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Akhir kata penulis menyadari bahwa tulisan ini masih banyak kekurangannya. Kritik dan saran dari pembaca untuk menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Semoga tesis ini dapat memberi manfaat khususnya bagi penulis pribadi maupun bagi semua pihak yang membutuhkannya. Kepada Allah SWT jualah penulis menyerahkan diri.
Medan, April 2013 Penulis,
v
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Saya yang bertanda tangan dibawah ini,Nama : Eddy Warman
Tempat, Tanggal Lahir : Sungai Penuh, 20 Desember 1954 Jenis Kelamin : Laki-Laki
Agama : Islam Bangsa : Indonesia
Alamat : Jl. Merpati No. 76 Sei Sikambing B Medan Menerangkan dengan sesungguhnya, bahwa :
PENDIDIKAN
1. Tamatan SR N 1 Sungai Penuh Tahun 1966 2. Tamatan SMP N 2 Padang Tahun 1969 3. Tamatan SMA N 5 Medan Tahun 1972 4. Tamatan Teknik Elektro FT USU Tahun 1979 5. Tamatan Magister Teknik Elektro FT USU Tahun 2013 PEKERJAAN
1. Staf Pengajar Fakultas Teknik USU Medan Tahun 1979 PENGHARGAAN
vi
vii
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Beban Linear ... 7
2.2 Beban Non Linear ... 8
2.3 Harmonisa ... 10
2.4 Distorsi Harmonisa ... 12
viii
2.6 Pengaruh Harmonisa Dalam Sistem Tenaga Listrik. ... 17
2.7 Deret Fourier . ... 20
2.8 Nilai RMS (Root Mean Square). ... 21
2.8.1 Defenisi... 22
2.8.2 Nilai RMS pada Suatu Bentuk Gelombang Tegangan dan Arus Sinusoidal ... 23
2.8.3 Nilai RMS pada Suatu Bentuk Gelombang Tegangan dan Arus Harmonisa.. . ... 24
2.8.4 Daya Listrik Rata-rata. ... 25
2.9 Metode Pengukuran Arus. ... 27
2.9.1 Alat Ukur Pembacaan Rata-rata Dikalibrasi ke RMS 27 2.9.2 Alat Ukur True RMS. ... 30
2.9.3 Kesalahan Pemakaian Alat Ukur ... 31
2.9.4 Beberapa Bentuk Gelombang Tegangan dan Arus Beban Non Linear ... 33
2.10 Prinsip Kerja kWh Meter Induksi Satu Fasa ... 38
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ... 41
3.2 Teknik Penelitian ... ... 41
ix
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Penelitian... ... 50
4.1.1 Pengujian Beban Linear, Non linear dan Kombinasi- nya ... 50
4.1.1.7 Pengujian Pada Beban Laptop... 74
4.2 Perhitungan dengan Matlab ... 77
x
4.5 Pengaruh harmonisa Pada KWH Meter ... 87
BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN
xi
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
1.1 Pengukuran dengan alat ukur True RMS (kiri) dan alat ukur
ringan respon rata-rata (kanan)... 3
2.1 Bentuk gelombang arus dan tegangan beban linear... 7
2.2 Jenis beban non linear... 8
2.3 Gelombang tegangan dan arus beban non linear... 9
2.4 Gelombang tegangan fundamental dan harmonisa ke-3... 11
2.5 Gelombang tegangan fundamental, harmonisa ke-3, dan hasil penjumlahannya... 12
2.6 Harmonisa arus mengalir melalui impedansi system... 15
2.7 Gelombang tegangan sinusoidal murni... 27
2.8 Bentuk gelombang arus yang terdistorsi oleh adanya Harmonisa karena beban non linear (komputer)... 29
2.9.(a) Gelombang tegangan dan arus beban lampu hemat energi... 33
2.9.(b) Spektrum distorsi harmonisa arus pada lampu hemat energi.... 33
2.10.(a) Gelombang tegangan dan arus beban computer... 34
2.10.(b) Spektrum distorsi harmonisa arus pada computer... 34
2.11.(a) Gelombang tegangan dan arus beban Air Conditioner (AC)... 35
2.11.(b) Spektrum distorsi harmonisa arus pada air conditioner (AC).... 35
xii
2.12.(b) Spektrum distorsi harmonisa arus pada televisi... 36
2.13.(a) Gelombang tegangan dan arus beban lampu pijar... 37
2.13.(b) Spektrum distorsi harmonisa arus pada lampu pijar... 37
2.14 Prinsip suatu meter penunjuk energi listrik arus bolak-balik (jenis induksi)... 39
3.1.(a) Rangkaian Pengujian... 45
3.1.(b) Keadaan Diwaktu Pengukuran Berlangsung... 45
3.1.(c) Keadaan Diwaktu Pengukuran Berlangsung... 46
4.1.(a) Bentuk gelombang arus dan tegangan beban 5 XL... 55
4.1.(b), (c) Spektrum dari gelombang tegangan dan arus beban 5 XL... 55
4.2.(a) Bentuk gelombang arus dan tegangan beban 4 XL dan 1 pijar. 59 4.2.(b), (c) Spektrum dari gelombang tegangan dan arus beban 4 XL dan 1 Pijar... 59
4.3.(a) Spektrum dari gelombang tegangan dan arus beban 3 XL dan 2 Pijar... 62
4.3.(b), (c) Spektrum dari gelombang tegangan dan arus beban 3 XL dan 2 Pijar... 63
xiii
4.5.(a) Bentuk gelombang arus dan tegangan beban 1 XL dan 4 pijar. 69 4.5.(b),
(c)
Spektrum dari gelombang tegangan dan arus beban 1 XL dan
4 Pijar... 70 4.6.(a) Bentuk gelombang arus dan tegangan beban 5 pijar... 73 4.6.(b),
(c)
Spektrum dari gelombang tegangan dan arus beban 5 Pijar... 73
4.7.(a) Bentuk gelombang arus dan tegangan beban Laptop... 76 4.7.(b),
(c)
Spektrum dari gelombang tegangan dan arus beban Laptop... 77
4.8 Grafik hubungan antara THD arus dengan faktor pengali... 78 4.9 Grafik hubungan THD arus dengan arus fundamental, arus
xiv
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
2.1. Batas distorsi arus yang diakibatkan harmonisa menurut
IEEE 519-1992... 16 2.2. Batas distorsi tegangan yang diakibatkan harmonisa menurut
IEEE 519-1992... 17 2.3. Dampak harmonisa pada berbagai peralatan sistem tenaga
xv
4.2.b. Data kandungan harmonisa arus dan tegangan pada beban 5
XL pada percobaan 2... 53 4.2.c. Data kandungan harmonisa arus dan tegangan pada beban 5
XL pada percobaan 3... 54 4.2.d. Hasil analisa perhitungan beban 5 XL semua percobaan... 54 4.3.a. Data kandungan harmonisa arus dan tegangan pada beban 4
XL dan 1 Pijar pada percobaan 1... 56 4.3.b. Data kandungan harmonisa arus dan tegangan pada beban 4
XL dan 1 Pijar pada percobaan 2... 57 4.3.c. Data kandungan harmonisa arus dan tegangan pada beban 4
XL dan 1Pijar pada percobaan 3... 57
xvii
Pijar pada percobaan 1... 70
4.7.a. Lanjutan 71 4.7.b. Data kandungan harmonisa arus dan tegangan pada beban 5 Pijar pada percobaan 2... 71
4.7.c. Data kandungan harmonisa arus dan tegangan pada beban 5 Pijar pada percobaan 3... 72
4.7.d. Hasil analisa perhitungan beban 5 Pijar semua percobaan... 72
4.8.a. Data kandungan harmonisa arus dan tegangan pada beban Laptop pada percobaan 1... 74
4.8.b. Data kandungan harmonisa arus dan tegangan pada beban Laptop pada percobaan 2... 74
4.8.b. Lanjutan 75 4.8.c. Data kandungan harmonisa arus dan tegangan pada beban Laptop pada percobaan 3... 75
4.8.d. Hasil analisa perhitungan beban Laptop semua percobaan... 76
4.9. Hasil simulasi program Matlab untuk beban lampu XL dan lampu pijar... 78
4.10. Polinomial Lagrange 1... 79
4.11. Polinomial Lagrange 2... 80
4.12. Polinimial Newton 1... 82
xviii
