MINIMASI ARUS NETRAL DENGAN MENGGUNAKAN AUTOTRAFO ZIG-ZAG PADA SISTEM DISTRIBUSI TIGA FASA EMPAT KAWAT
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik
Oleh:
JUNAIDY SIPAYUNG NIM : 080402046
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
ABSTRAK
Arus netral merupakan arus balik yang mengalir pada kawat netral sistem
distribusi tiga fasa empat kawat yang merupakan penjumlahan vektor dari ketiga
arus fasa dalam komponen simetris. Idealnya arus netral sama dengan nol pada
saat beban seimbang namun pada kenyataannya penggunaan beban non linear dan
beban tidak seimbang mengakibatkan adanya arus netral dan bahkan melebihi
besar arus fasanya. Arus netral yang besar mengakibatkan panas yang berlebih
pada generator, menimbulkan kerusakan atau kesalahan kerja dari
peralatan-peralatan listrik yang terhubung pada transformator. Pada penelitian ini dilakukan
minimasi arus netral pada sistem distribusi tiga fasa empat kawat dengan
menggunakan autotrafo zig-zag. Pemasangan autotrafo zig-zag pada sistem
distribusi tiga fasa empat kawat dapat mengurangi arus netral pada penghantar
netral sistem tiga fasa empat kawat, dimana terjadi pengurangan arus netral
sebesar 99,68 % yaitu dari semula 1,209934 A menjadi 0,003809 A.
ii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat
dan rahmat-Nya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas
Akhir yang berjudul “MINIMASI ARUS NETRAL DENGAN MENGGUNAKAN AUTOTRAFO ZIG-ZAG PADA SISTEM DISTRIBUSI TIGA FASA EMPAT KAWAT”.
Adapun penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan yang
wajib dipenuhi mahasiswa untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan
pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,
Universitas Sumatera Utara.
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu
Ayahanda (J.Sipayung) dan Ibunda (A.T.Sihombing), Kakakku (Ernita Sipayung,
Am.Keb), Adik-adikku (Akim Sipayung, Tenni Sipayung dan Novita Sipayung)
dan semua sanak saudara yang selalu memberikan semangat dan mendoakan
penulis dalam masa studi sampai menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya
Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan
dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hati penulis hendak menyampaikan
ucapan terima kasih kepada:
1. Bapak Ir. Zulkarnaen Pane dan Ibu Syiska Yana, ST, MT selaku Dosen
Pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak meluangkan waktu dan
pikirannya untuk memberikan bantuan, bimbingan, dan pengarahan kepada
penulis selama penyusunan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Masykur Sj, MT dan Bapak Yulianta Siregar, ST, MT selaku Dosen
Penguji Tugas Akhir yang telah banyak memberikan saran dan masukan
dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini.
3. Bapak Ir. Zulfin, MT selaku Dosen Wali penulis yang senantiasa memberikan
bimbingan selama perkuliahan.
4. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim,M.Si dan Bapak Rachmad Fauzi, ST, MT
selaku Ketua Jurusan dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro, Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara.
5. Seluruh staf pengajar yang telah memberikan bekal ilmu kepada penulis dan
seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro USU yang telah membantu
penulis dalam urusan administrasi.
6. Keluarga besar Laboratorium Distribusi dan Transmisi FT USU : Bapak Ir.
Zulkarnaen Pane, Bapak Bantu Karo-Karo, Bang Haogoaro Waruhu, Bang
Ahmad Suhendra, Bang Reza Budianto, Teguh, Fakhurazi, Jhon Palmer
Sitorus, Fahrul, dan Doni
7. Sahabat terbaik penulis dan juga tim AOC Teknik Elektro USU : Dedi
Panjaitan, Elvis Sinaga, Antonius Siswanto dan Raja Putra Sitepu yang selalu
memberikan motivasi, dan dukungannya.
8. Jean, Aprido, Frederick, Daniel, Eykel, Bayu, Andry Nico, Christian, Army,
Rizky, Ellis, Maria, William, Basten, Darminton, Pryandi, Junedi, Yusak,
David, Safril Ramadhan, Eka Rahmat, Andri Sitorus, Dina dan seluruh
teman-teman Mahasiswa Departemen Teknik Elektro FT-USU yang
iv 9. Bang Leo dan Bang Herman Salim yang sudah banyak memberi masukan
kepada Penulis khususnya dalam hal program simulasi komputer.
10. Teman-teman 2nd Unggulan SMA Negeri 1 Sidikalang (Mariana, Efitri,
Martina, Rugun, Gabe, Ervanny, Ester, Eva, Jerika, Valentina, Yulia, Ruccy,
Bernat, Rianto, Frans, Jekson, Marwan, Midian, dan Irwan) yang senantiasa
memberikan dukungan dan semangat kepada penulis.
11. Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, yang telah
memberikan kontribusinya kepada penulis.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangannya.
Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun
demi penyempurnaan Tugas Akhir ini. Penulis berharap Tugas Akhir ini dapat
bermanfaat bagi para pembaca. Akhir kata, penulis mengucapkan terima kasih.
Medan, Juni 2013
Penulis
JUNAIDY SIPAYUNG
NIM : 080402046
DAFTAR ISI
2.1 Arus Netral pada Sistem Tiga Fasa Empat Kawat ... 4
2.2 Sistem Simetris dan Seimbang ... 4
2.3 Sistem Tidak Simetris dan Tidak Seimbang ... 6
2.4 Rasio RMS dari Penghantar Netral dan Arus Fasa pada Sistem Simetris dan Seimbang ... 8
2.5 Triplen Harmonisa ... 9
2.6 Beban Non Linear ... 10
2.7 Pengurangan Arus Netral ... 11
2.7.1 Pengurangan Arus Netral Menggunakan Zero Passing ... 12
vi
2.8 Autotrafo Zig-zag... 19
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 24
3.1Pengukuran ... 24
3.1.1 Tempat dan Waktu ... 24
3.1.2 Alat dan Bahan ... 24
3.1.3 Rangkaian Pengukuran ... 25
3.1.4 Prosedur Pengukuran ... 26
3.2 Simulasi ... 27
3.2.1 Simulasi Pengukuran Arus Sebelum Menggunakan Autotrafo Zig-zag ... 27
3.2.2 Simulasi Pengukuran Arus Setelah Menggunakan Autotrafo Zig-zag ... 29
BAB IV HASIL DAN ANALISIS ... 33
4.1 Pengukuran Arus pada Penggunaan Beban Non Linear yang Seimbang ... 33
4.2 Simulasi ... 36
4.2.1 Simulasi Pengukuran Arus Sebelum Menggunakan Autotrafo Zig-zag ... 36
DAFTAR GAMBAR
No. Judul Halaman
2.1 Sistem tiga fasa simetris dan seimbang dimana tidak ada arus
urutan nol ... 5
2.2 Sistem tiga fasa tidak simetris dan tidak seimbang dimana ada arus urutan nol ... 8
2.3 Arus netral pada grounded wye system akibat triplen harmonisa ... 10
2.4 Hubungan tegangan dan arus pada beban non linier ... 10
2.5 Karakteristik gelombang tegangan dan arus pada beban non linier ... 11
2.6 Model pengurangan harmonisa arus sistem menggunakan zero passing ... 13
2.7 Rangkaian urutan nol per fasa untuk pengurangan harmonisa arus sistem menggunakan zero passing ... 14
2.8 Rangkaian belitan trafo zero blocking ... 16
2.9 (a) Fluksi magnetik urutan nol ... 17
2.9 (b) Fluksi magnetik urutan lainnya yang dibangkitkan pada zero blocking ... 17
2.10 Rangkaian pengganti magnetik urutan nol zero blocking ... 18
2.11 Hubungan autotrafo zig-zag ... 19
2.12 Rangkaian ekivalen urutan nol... 21
2.13 Rangkaian ekivalen urutan nol dimana tegangan urutan nol dihubung singkat ... 23
viii 3.2 Rangkaian percobaan pengukuran arus ... 26
3.3 Blok diagram umum simulasi pengukuran arus sebelum
menggunakan autotrafo zig-zag ... 27
3.4 Model simulasi pengukuran arus sebelum menggunakan autotrafo
zig-zag pada simulasi PSIM ... 28
3.5 Blok diagram umum simulasi pengukuran arus setelah
menggunakan autotrafo zig-zag ... 30
3.6 Model simulasi pengukuran arus setelah menggunakan autotrafo
zig-zag pada simulasi PSIM ... 30
4.1 Gelombang keluaran arus pada pengukuran arus akibat beban non
linear yang seimbang ... 35
4.2 Spektrum arus akibat penggunaan beban non linear yang seimbang . 35
4.3 Gelombang arus hasil simulasi pengukuran arus sebelum
menggunakan autotrafo zig-zag ... 36
4.4 FFT arus hasil simulasi pengukuran arus sebelum menggunakan
autotrafo zig-zag ... 37
4.5 Gelombang arus hasil simulasi pengukuran arus setelah
menggunakan autotrafo zig-zag ... 38
4.6 FFT arus hasil simulasi pengukuran arus setelah menggunakan
autotrafo zig-zag ... 39
DAFTAR TABEL
No. Judul Halaman
3.1 Data pembebanan pengukuran arus ... 25
3.2 Data masukan simulasi pengukuran arus sebelum menggunakan
autotrafo zig-zag pada simulasi PSIM ... 29
3.3 Data masukan simulasi pengukuran arus setelah menggunakan
autotrafo zig-zag pada simulasi PSIM ... 31
4.1 Data hasil pengukuran besar arus pada penggunaan beban non linear
yang seimbang ... 34
4.2 Hasil simulasi pengukuran arus sebelum menggunakan autotrafo zig-
zag ... 38
4.3 Hasil simulasi pengukuran arus setelah menggunakan autotrafo zig-
zag ... 40
4.4 Hasil simulasi gelombang dan FFT arus netral sebelum dengan setelah
menggunakan autotrafo zig-zag ... 40
4.5 Data hasil simulasi arus netral sebelum menggunakan autotrafo zig-zag
