JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN ISSN : VOL. 7 NO. 2 September 2014

PENERAPAN APLIKASI ELECTRICAL DISTRIBUTION AND TRANSMISSION SYSTEM ANALYSIS (EDSA) UNTUK ANALISIS HARMONIK

PADA SISTEM DISTRIBUSI

Novi Gusnita1

ABSTRACT

This research aimed to analysis the current and voltage distortion that happened bus caused by nonlinear loads due to harmonics on every distribution bus that are simulated by using EDSA (Electrical Distribution and Transmission System Analysis) was used by mean of EDSA application software specially is harmonic analysis. The configuration of test system was consist of a – 13 Bus Balance Industrial System.

Harmonics are parts of power quality problems and it has sinusoidal wave having frequency and the value of which is equal to some integer multiplication of its fundamental frequency. The harmonic distortion from sinusoidal waveform of voltage and current are caused by nonlinear loads, one of non linear loads type is adjustable speed drives (ASD). Harmonics will be a problem when its parameter value exceeds a related standard. Harmonic are sinusoidal voltage or currents having frequencies that are integer multiples of the frequency at which the supply system is designed to operate (termed the fundamental frequency; usually 50 or 60 Hz).IEEE Standard 519-1992 for harmonic control in electric power systems was published. General, then non sinusoidal wave form at voltage and current. Which is present in the distribution line, are cared by non linear load

The electrical simulation program showed that by injection harmonic source at bus 9. Resulting is the electrical values at that bus as follows: peak voltage of = 1.395 Volt, THD voltage of = 1.54 %, the fundamental voltage of = 467, RMS voltage of = 467 Volt. Peak current of = 2190.78 Ampere, THD current of = 2.48 %, fundamental current of = 1533.21 Ampere, RMS current of = 1533.21 Ampere. The THD voltage obtained was lower than that IEEE 519-1992 standard which is 5 %, and the THD current obtained is also lower than that of IEEE 519-1992 standard which 8 %. Therefore it does not need to install filter.

Keywords : voltage, current, harmonics distortion, EDSA. INTISARI

Penelitian ini bertujuan untuk untuk mengetahui distorsi tegangan dan arus yang terjadi pada bus akibat kehadiran beban tak linear. Simulasikan dengan menggunakan software aplikasi EDSA (Electrical Distribution and Transmission System Analysis). Dengan konfigurasi : Sistem Distribusi Setimbang 13 Rel suatu Industri

Salah satu permasalahan kualitas daya adalah permasalahan harmonik. Harmonik adalah sebagai salah satu komponen sinusoidal dari satu periode gelombang yang mempunyai frekuensi yang merupakan kelipatan bulat dari

1

frekuensi fundamentalnya. Distorsi harmonik dari bentuk gelombang sinusoidal tegangan dan arus yang timbul atau muncul pada jaringan selalu dipicu oleh beban-beban taklinear. Jenis beban non linear salah satunya adalah adjustable speed drives (ASD). Harmonik ini sangat mengganggu bahkan merugikan sistem bila melebihi batas standar yang ditetapkan. Oleh karena itu, peraturan Standar IEEE 519-1992 untuk pengendalian harmonik dalam sistem daya listrik telah diterbitkan dipakai sebagai acuan dalam menetapkan batas tegangan dan arus harmonik maksimum yang masuk ke jaringan distribusi.

Hasil analisis scan frekuensi harmonik dan dari hasil simulasi program menunjukkan bahwa sumber harmonik yang diinjeksi di bus 9yaitu tegangan puncak = 1.395 Volt, tegangan THD = 1.54 %, tegangan fundamental (1) = 467 Volt, tegangan RMS = 467 (Volt). Arus puncak = 2190.78 Ampere, arus THD = 2.48 %, arus fundamental (1) = 1533.21 Ampere.arus (rms) = 1533.69 Ampere. Untuk nilai THD tidak melebihi batas standa IEEE 519-1992 yaitu 5 % untuk tegangan dan 8 % untuk arus. Nilai THD yang tidak melewati batas standar tersebut maka tidak diperlukan pemasangan filter.

PENDAHULUAN

Persoalan harmonik dan

pengaruhnya terhadap suatu sistem distribusi tenaga listrik semakin berkembang menjadi persoalan yang kompleks, sehingga hal ini selalu menjadi pemikiran dan pertimbangan yang panjang bagi

para teknisi listrik untuk

mengatasinya (Hadi Miftahul, 1997). Studi harmonik sudah dikenal sejak tahun 1920-an, pada tahun ini untuk pertama kali distorsi bentuk gelombang tegangan dan arus

dipelajari pada jala

transmisi.Kemajuan di bidang ilmu dan teknologi Elektronika Daya (power electronics) satu dasawarsa terakhir ini sedang hangat-hangatnya untuk diteliti(Hadi Miftahul, 1997).

Semenjak kandungan

harmonik tersebut semakin besar, timbul beberapa anomali dalam operasi jaringan distribusi energi listrik. Sementara dunia kelistrikan di Indonesia saat ini masih memiliki pemahaman yang sangat terbatas terhadap distorsi harmonik, baik menyangkut asal, akibat, dan

penanganannya. Bermodal

kekurangpahaman tersebut, dengan mudah seorang praktisi kelistrikan akan menuduh distorsi harmonik sebagai penyebab utama berbagai permasalahan dalam jaringan distribusi energi listrik. Namun bila ditelaah lebih jauh, ada banyak

penyebab lain yang mungkin

menghasilkan anomali-anomali yang mirip dengan yang yang ditimbulkan harmonik. Dan harus dipahami

bahwa masing-masing

permasalahan perlu ditangani dengan metode yang spesifik yang

sesuai dengan induk

permasalahannya untuk

menghasilkan pemecahan masalah yang optimal.

Permasalahan kualitas daya listrik, salah satu diantaranya yang kerap kali muncul dalam sistem tenaga listrik dalam permasalahan

harmonik, harmonik dapat

menyebabkan arus terdistorsi dari

bentuk sinusoidal murninya,

sehingga merugikan banyak

peralatan yang bekerja dalam bentuk gelombang sinusoidal, dengan kondisi yang demikian maka

timbulnya harmonik akan

menyebabkan kurang efektifnya operasi pada sistem kendali, sistem elektronika, sistem komputer, rele-rele proteksi yang beroperasi tidak tepat, peralatan listrik cepat panas sehingga berujung pada kegagalan isolasi, akurasi pengukuran KWH-meter jenis induksi akan berkurang, motor induksi akan mengalami

kegagalan pengasutan, dan

menimbulkan derau pada sinyal telepon, hal ini disebabkan karena

umumnya saluran telepon

ditempatkan dibawah saluran

transmisi atau dibawah saluran distribusi sehingga apabila tegangan atau arus pada saluran transmisi dan distribusi terdistorsi harmonik, maka akan terjadi interferensi induktif antara kedua saluran tersebut sehingga menimbulkan masalah derau pada sinyal telepon (Sankaran, 1995; Wagner dkk,1993)

Distorsi harmonik akan

muncul bila suatu beban

menghasilkan bentuk geolombang arus yang nonsinusoidal bila diberi sumber tegangan sinusoidal. Distorsi harmonik adalah ukuran dimana

suatu bentuk gelombang

nonsinusoidal periodis diturunkan dari gelombang sinus murni.

Pengaruh adanya komponen

harmonik pada sistem tenaga listrik dapat dikelompokkan menjadi tiga yaitu tekanan pada sistem isolasi, pemanasan dan terganggunya unjuk kerja peralatan (Ortmeyer dkk,1985).

Harmonik dapat terjadi karena adanya beban-beban non linear, beban-beban non linear penyebab harmonik menurut standart IEEE 519-1992 terdiri dari beban-beban elektronika daya, seperti converter,

kemudian beban-beban yang menimbulkan busur api seperti arc

furnance, lampu flouresent serta

beban-beban yang menimbulkan saturasi inti ferromagnetik, harmonik yang muncul akan menjadi masalah yang serius bila besarnya melebihi batas standar yang ditentukan standar IEEE 519-1992.

PENDEKATAN PEMECAHAN MASALAH

Berdasarkan hal-hal yang telah diuraikan pada latar belakang,

maka rumusan masalah untuk

penelitian adalah bagaimana:

Menerapkan aplikasi EDSA

(Electrical Distribution and Transmission System Analysis)

untuk analisa Distorsi arus harmonik individu (IHDI), dan distorsi total

harmonik arus (THDI) pada setiap

cabang (branch), dan bus pada sistem distribusi tenaga listrik, data kasus uji-sistem (test system) IEEE :

Sistem Distribusi Setimbang 13-Rel suatu Industri (Abu-hashim dkk,

1999).

Metode Penelitian Telaah Kepustakaan

Wardhani rnengklasifikasikan kualitas daya listrik yang diterima oleh konsumen ke dalam dua kategori sebagai berikut yaitu kategori listrik dalam keadaan peralihan disebut (transient) dan keadaan mantap (steady state).

Kategori dalam keadaan peralihan ditinjau berdasarkan atas lamanya suatu gangguan (duration

disturbance) dan dapat digolongkan

menjadi tiga jenis.

1. Gangguan peralihan jenis pertama berupa tegangan peralihan yang tajam dan bergetar. Tegangan paku disebut (spike) positif atau negatif 0,5 sampai 200 mikrodetik dengan frekuensi 0,2 kHz sampai 5 kHz atau lebih. Gangguan ini sering

disebut dengan surja-hubung

(switching-surge, spike, pulse, notch, atau fast transient).

2. Gangguan peralihan jenis kedua adalah tegangan lebih di atas 110% nominal atau tegangan rendah di bawah 80% - 85% nominal, berlangsung dalam jangka waktu sekitar 80 millidetik sampai satu detik. Gangguan ini disebut dengan kedip-tegangan (voltage sag, dips,

depression, interruption, flicker, atau fluctuation)

3. Gangguan peralihan jenis ketiga adalah tegangan rendah di bawah 80% sampai 85% nominal selama lebih dari dua detik yang

dikenal sebagai pemadaman

(blackout atau outage).

Sedangkan kategori listrik keadaan mantap, yang sifatnya kontinue, adalah variasi tegangan catu, variasi frekuensi, ketidakseimbangan fase dan besamya kandungan harmonik.

Arillaga dkk (1985) dan

Ribeiro (tanpa tahun)

merekomendasikan pemodelan

sistem distribusi dan elemennya untuk mempelajari dan menganalisis harmonik dalam suatu sistem tenaga listrik.

Gonzalez dan McCall (1987) memberikan teori dasar tentang tapis paralel pasif yang dapat berfungsi ganda yaitu sebagai

penapis arus harmonik pada

frekuensi tala, sehingga tegangan

harmonik berkurang, dan

mengkompensasi daya reaktif pada

frekuensi fundamental untuk

memperbaiki faktor daya beban taklinear.

Kawann dan Emanuel (1996)

merekomendasikan penggunaan

tapis tertala tunggal (single tuned

filter) pada tegangan rendah dan

menengah. Tapis minimum atau dengan kata lain pertimbangan ekonomisasi ukuran atau harga TPP. TPP lebih ekonomis bila ditempatkan secara terpusat pada titik sambung bersama dibandingkan dengan di dekat beban taklinear.

Kimbark (1981) dan Arillaga dkk (1985) menjelaskan tentang bagaimana mendesain tapis paralel

pasif (TPP) atau (single tuned filter dan high pass filter), termasuk pemilihan komponen tapis dan cara

penalaan TPP dengan

mempertimbangkan impedans

sistem, koefisien suhu komponen, dan toleransi frekuensi tala.

Definisi Harmonik

Dalam sistem tenaga,

harmonik didefinisikan sebagai satu komponen sinusoidal dari satu

perioda gelombang yang

mempunyai satu frekuensi yang merupakan kelipatan integer dari gelombang fundamental (Chang dkk, tanpa tahun). Jika frekuensi

fundamental suatu sistem tenaga

adalah f0, maka frekuensi harmonik

orde ke-h adalah hf0.

Harmonik biasanya digunakan untuk mendefinisikan distorsi gelombang sinus arus dan tegangan pada amplitude dan frekuensi yang berbeda.

Biasanya dalam satu periode gelombang sinus yang terdistorsi oleh harmonik terdiri dari beberapa harmonik , yaitu misalnya harmonik ke-1 , ke-2 , ke-3 dan seterusnya. Harmonik ke-3 artinya harmonik

yang mempunyai frekuensi tiga kali dari frekuensi fundamentalnya, jadi bila frekuensi fundamental 50 Hz, maka harmonisa ke3 mempunyai frekuensi 150 Hz, atau dapat dituliskan dengan persamaan fh = n

x f, dimana n bilangan bulat positif Harmonik ke-1 disebut sebagai frekuensi dasar atau fundamental , harmonik dengan kelipatan genap dari frekuensi dasar disebut harmonik genap, seperti harmonik ke-2 , ke-4, ke-6 dan seterusnya, sedang harmonik ganjil adalah harmonik yang mempunyai kelipatan ganjil dari frekuensi dasar sistem daya, misalnya harmonik ke-3 , ke-5 , ke-7 dan seterusnya , sementara interharmonik adalah harmonik yang bukan kelipatan integer dari frekuensi dasar , misalnya harmonik ke1,5 , ke-3,5 dan seterusnya.

Namun harmonik yang pada

umumnya muncul dalam sistem tenaga listrik adalah harmonik ganjil.

Gambar 2.1a. dan 2.1b. menunjukkan komponen gelombang sinus fundamental dan komponen

harmonik yang terkandung

didalamnya.

Gambar 1. Gelombang fundamental dan gelombang harmonik ke-3 berbeda fasa 1800, serta bentuk gelombang fundamental yang terdistorsi oleh harmonik ke -3

Gambar 2. Gelombang fundamental dan gelombang harmonik yang ke-3 berbeda fasa 0°, serta bentuk gelombang fundamental yang terdistorsi oleh

Deret Fourier dan Analisis Fourier

Suatu fungsi periodis dapat didefinisikan sebagai:

f{t)=f(t+T)... (1)

untuk semua t. Konstanta terkecil F yang memenuhi persamaan (2.1) dinamakan periode fungsi f(t).

Dengan mengiterasi persamaan diperoleh:

f(t) =f(t+ hT) h= 0, ± 1, ± 2,.

Jika fungsi f(t) memenuhi syarat Dirichlet, maka fungsi.ini dapat diwakili oleh deret trigonometri tak terhingga:

.

)

3

sin(

)

2

sin(

)

sin(

...

)

3

cos(

)

2

cos(

)

cos(

2

)

(

0 3 0 2 0 1 0 3 0 2 0 1 0



















t

b

t

b

t

b

t

a

t

a

t

a

a

t

f













………. (2)

atau secara ringkas,

...……...….

(3)

dengan (0= 2 /T (rad/detik).

Persamaan (2.3) merupakan deret Fourier trigonometri, yang dapat ditulis sebagai : (4) dengan

2

0 0

a

c



, 2 2 h h h

a

b

c





dan ) / ( tan 1 _{h h} h a b  



Bila bentuk kompleks maka

Persamaan (2.4) menjadi :

 

_

    h t jhω_o Ch.e t f …... (5) untuk, h = 1,2,...maka,

 

t

e

dt

f

T

Cn

T T t jh o



 



2 / 2 /

1

 _{.… (6)}

Persamaan diatas memperlihatkan bahwa deret Fourier merupakan ekspresi suatu fungsi periodis sebagai jumlah komponen sinusoidal dengan frekuensi yang berbeda. ao, ah, bh, adalah koefisien trigonometri

Fourier, ho . sedangkan ho

merupakan sudut harmonik ke-h. Co adalah besaran untuk komponen searah. Komponen dengan h=1 dinamakan komponen dasar dan Ch,

adalah faktor harmonik orde ke-h, dan h adalah sudut fasenya.

Besarnya komponen dan sudut fasa menentukan bentuk gelombang dari fungsi f(t).

Fungsi orthogonal

Suatu himpunan fungsi {h(t)}

disebut ortogonal pada suatu interval

<t< jika semua grup dari dua fungsi i (t) dan j (t)dalam {h(t)}

himpunan memenuhi:















_i

t

_j

t

dt

_i

i

_j

j

,

,

0

)

(

)

(







  ………... (7) Dengan y suatu nilai bukan nol. Dapat diperlihatkan bahwa {1,

cos(0t), ..., cos(h0t),..., sin(0t),..., sin(h0t),...} adalah suatu

himpunan fungsi sinusoidal yang ortogonal pada interval -T/2<t<T/2. Dengan menggunakan hubungan ortogonal, maka dapat ditentukan koefisien trigonometri Fourier sebagai berikut :







/2 2 / 0

(

)

2

T T

dt

t

f

T

a

……..… (9)







/2 2 / 0

)

cos(

)

(

2

T T h

f

t

h

t

dt

T

a



…... (10)







/2 2 / 0

)

sin(

)

(

2

T T h

f

t

h

t

dt

T

b



……... (11) dengan h = I, 2, 3, ... merupakan orde harmonik.







     1 0 0 0 cos( ) sin( ) 2 1 ) ( h h h h t b h t a a t f





) sin( ) ( ₀ 1 0 h h h t h c c t f  









 

Sifat simetri bentuk gelombang

Suatu fungsi f(t) dinamakan

fungsi genap jika memenuhi sifat:

f(-t) = f(t), untuk setiap t, ………... (12)

dan dinamakan fungsi gasal jika. memenuhi sifat:

f(-t)= -f(t), untuk setiap t,

…... (13)

Penjumlahan atau perkalian dua atau lebih fungsi genap menghasilkan fungsi genap, dan jika

suatu konstanta ditambahkan

padanya, maka sifat genap fungsi itu tidak akan luntur.

Penjumlahan dua atau lebih fungsi gasal menghasilkan fungsi gasal, tetapi penambahan suatu konstanta akan menghilangkan sifat gasal dari fungsi tersebut. Perkalian dua fungsi gasal adalah suatu fungsi genap.

Suatu fungsi periodis f(t)

disebut mempunyai simetri

setengah-gelombang jika memenuhi

sifat:

f(t) = -f(-t+T/2), dengan T

adalah

perioda...(1 4)

Bila jenis simetris suatu bentuk gelombang (waveform) telah ditetapkan, maka kesimpulan berikut ini dapat berlaku.

1. Jika suatu bentuk gelombang memiliki sifat fungsi genap, maka semua suku deret Fouriernya adalah cosinus termasuk satu konstanta, dengan rerata bentuk gelombang bukan nol.

2. Jika suatu bentuk gelombang memiliki sifat fungsi gasal, maka

deret Fouriernya hanya

mengandung suku sinus.

3. Jika suatu bentuk gelombang memiliki sifat simetri

setengah-gelombang, maka yang ada

dalam deret Fouriernya hanya harmonik gasal.

Bentuk gelombang tertentu bisa ganjil atau genap bergantung

pada lokasi sumbu vertikal. Fungsi genap simetri terhadap sumbu vertikal dari titik pusat, dan fungsi gasal anti-simetri terhadap sumbu vertikal.

Transformasi Fourier

Transformasi Fourier atas suatu fungsi f(t) adalah: dt e t f F



j t      



) ( ) ( …….. (1 5)

dan f(t) disebut invers transformasi Fourier dari F( a>), yang didefinisikan sebagai



   







 d e F t f ( ) j t 2 1 ) ( … (1 6)

Persamaan (13) dan (14) digunakan untuk memetakan suatu fungsi dalam interval yaitu (- , ) pada kawasan waktu atau frekuensi ke dalam satu fungsi kontinu dalam kawasan invers. Suatu fungsi dapat direpresentasikan ke dalam dua model: kawasan waktu f(t), atau kawasan frekuensi F(). Persamaan

(14) mentransformasikan fungsi waktu ke dalam satu spektrum frekuensi, dan Persamaan (15) mensintesis spektrum frekuensi untuk mendapatkan kembali fungsi waktu.

Kuantitas listrik pada kondisi taksinusoidal

Jika harmonik dalam keadaan

mantap {steady-state)

dipertimbangkan, maka tegangan dan arus sesaat dapat direpresentasikan oleh deret Fourier sebagai:







      1 1 0 ) sin( 2 ) ( ) ( h h h h h t V h t v t v





……... (17)







      1 1 0 ) sin( 2 ) ( ) ( h h h h h t I h t i t i





……... (18)

Dengan bagian dc biasanya diabaikan untuk kesederhanaan, Vh

dan Ih, adalah nilai rms untuk

harmonik orde ke-h pada masing-masing tegangan dan arus. Daya sesaat didefinisikan sebagai:

p(t) = v(t) i(t)...… (19)

dan rerata daya dalam satu periode

T dari p(t) didefinisikan





T

p

t

dt

T

P

0

)

(

1

…... (20) Jika Persamaan (17) dan (18) disubstitusi ke Persamaan (19) dan

dengan menggunakan relasi

orthogonal dalam Persamaan (6), didapat:







      1 1 ) cos( h h h h h h hI P V P





.…………... (21) Persamaan (21) memperlihatkan bahwa tiap harmonik memberikan kontribusi pada daya rerata. Namun, daya rerata yang dibangkitkan oleh harmonik biasanya sangat kecil bila dibandingkan dengan nilai dari rerata dasar (fundamental average

power).

Distorsi Harmonik

Dalam sistem tenaga listrik, harmonik didefinisikan sebagai satu komponen sinusoidal dari satu prioda gelombang yang mempunyai frekuensi yang merupakan kelipatan bulat dari gelombang fundamental. Jika frekuensi fundamental suatu sistem tenaga adalah fo, maka frekuensi harmonik orde ke – h adalah hfo.

Indeks yang sering digunkan

untuk menentukan kandungan

harmonik, baik arus dan tegangan, adalah total harmonic distortion (THD), yang dapat dihitung dengan persamaan : % 100 X Σ THD 1 max 2 h x   ……….………... (22)

Dengan X1 merupakan nilai rms

komponen fundamental dari X, Xh

merupakan harga effektif dari komponen harmonik pada bentuk gelombang yang terdistorsi.

Indeks harmonik

Dalam analisis harmonik, beberapa indeks penting berikut

digunakan untuk melukiskan

pengaruh harmonik pada komponen

sistem tenaga dan sistem

komunikasi.

Total Harmonic Distortion (THD)

THD tegangan: 100 1 2 2  



  V V THD h h V …………..…….…...… (23) THD Arus 100 1 2 2  



  I I THD h h I ... (24)

yang didefinisikan sebagai

perbandingan nilai rms komponen harmonik terhadap komponen dasar dan biasanya dalam persen (%).

Indeks ini digunakan untuk

mengukur penyimpangan (deviation) dari bentukgelombang satu periode yang mengandung harmonik pada satu gelombang sinus sempurna.

Untuk satu gelombang sinus

sempurna pada frekuensi dasar, THD adalah nol. Demikian pula, pengukuran distorsi harmonik individual untuk tegangan dan arus pada orde ke-h dideflnisikan sebagai

Vh/V1 dan Ih/I1.

Total Demand Distortion (TDD)

L h h I I TDD



   2 2 ... (25) dengan IL, adalah permintaan arus beban maksimum, dalam 15 atau 30

menit (15 or 30 (average) maximum

demand current) dalam frekuensi

dasar pada PCC.

Distorsi Faktor Daya

Dengan menggunakan relasi ortogonal pada Persamaan (8), diperoleh nilai rms atas Persamaan (19) dan (20):







_



1 2 0 2

)

(

1

h h T rms

v

t

dt

V

T

V

………...…………... (26) dan







_



1 2 0 2

)

(

1

h h T rms

i

t

dt

I

T

I

... (27) Persamaan (27) dapat diubah menjadi:



    2 2 1 2 2 h rms h V V V (2.27)

Persamaan (25) dapat diubah menjadi:



   2 2 2 1 2 ) 100 / ( h v h V THD V … …... (29) Substitusi persamaan (28) ke (29) akan memberikan: 2 1

1

(

V

/

100

)

rms

V

THD

V





……….………....(30) dengan cara yang sama untuk arus, diperoleh 2 1 1 ( I /100) rms I THD I   ……... (31)

Daya nyata adalah:

rms rms I V

S   ……….… (32)

Faktor daya didefinisikan sebagai:

S P pftot  ……….(33) Dengan mensubstitusikan Persamaan (31) dan (32) ke Persamaan (33), diperoleh: 2 2

)

100

/

(

1

)

100

/

(

1

_{V I} I I tot

THD

THD

I

V

P

pf









………... (34) Pada kebanyakan kasus, hanya sebagian kecil daya rerata P yang dikontribusikan oleh harmonik dan THDv lebih kecil dari 10%. Jadi, Persamaan (35) dapat ditulis manjadi: 2

)

100

/

(

1

1

I I I I tot

THD

I

V

P

pf







… ………...… (35) dist I I  pf cos(





)

dengan

cos(



_I





_I

)



1

merupakan

pergeseran faktor daya, dan pfdist

adalah distorsi faktor daya. Karena pergeseran faktor daya selalu lebih kecil dari satu,

maka

dist tot

pf

Baca data sistem

Proses Harmonic Analysis

Konversikan impedans transformator,saluran, beban dan peralatan lain menurut impedans model harmonik

Scan frekensi pada setiap bus pada seluruh sistem

Hitung tegangan dan arus harmonik yang diakibatkan oleh beban tak linear pada setiap bus dan branch

Bandingkan THDv dan THDi dengan standart IEEE 519 - 1992

Apakah diperlukan tapis pasif paralel

Tidak Ya Desain TPP Mulai Stop Gambar 1. Flowchart

Langkah-lankah penyelesaian masalah analisis harmonik yang digambarkan dalam bentuk diagram alir diterapkan pada analisis harmonik pada sistem distribusi dengan hasil dan pembahasan sebagai berikut :

HASIL DAN PEMBAHASAN

Peninjauan harmonik pada sistem tenaga listrik di sistem data kasus uji-sistem (test system) IEEE :

Sistem Distribusi Setimbang 13-Rel suatu Industri (Abu-hashim dkk,

1999) dapat ditinjau disetiap bus dengan menggunakan EDSA.

THDv dan IHDv ditinjau di Bus 9

Tegangan Harmonik pada bus 9 Bus Harmonic Voltages, Bus : BUS 9 # hth Volts Vh/V(1)% # hth Volts Vh/V(1)% - - - - --- --- 1 1 467.1 100.00 2 5 1.9 0.41 3 7 1.1 0.23 4 11 0.5 0.10 5 13 0.3 0.07

EDSA Harmonic Analysis

-150.0 -100.0 -50.0 0.0 50.0 100.0 150.0 M ag ni tu de % Angle in Degrees 0 80 160 240 320 400 480 560 640 720

Gambar 2. Bentuk Gelombang Tegangan Terdistorsi pada Bus 9

EDSA Harmonic Analysis

0.0 16.7 33.3 50.0 66.7 83.3 100.0 M ag ni tu de % Harmonic 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0

THDv dan IHDv ditinjau di Bus 9

Arus harmonik pada bus 9

Branch Harmonic Currents BUS 9->ASD # hth Amps Ih/I(1) # hth Amps Ih/I(1)

--- --- --- --- --- --- --- --- 1 1 1502.894 100.00 2 5 5.397 0.36 3 7 2.973 0.20 4 11 1.231 0.08 5 13 0.934 0.06

EDSA Harmonic Analysis

-150.0 -100.0 -50.0 0.0 50.0 100.0 150.0 M ag ni tu de % Angle in Degrees 0 80 160 240 320 400 480 560 640 720

Gambar 4. Bentuk Gelombang Arus Terdistorsi pada Bus 9

EDSA Harmonic Analysis

0.0 16.7 33.3 50.0 66.7 83.3 100.0 M ag ni tu de % Harmonic 0.0 4.0 8.0 12.0 16.0 20.0 24.0 28.0 32.0 36.0 40.0

Evaluasi Batas THD dan IHD Sesuai Standard IEEE 519-1992 pada Bus 9

Bus Harmonic Voltages, Bus : BUS 9

# hth Volts Vh/V(1)% # hth Volts Vh/V(1)% --- --- --- --- ---- --- --- --- 1 1 467.1 100.00 2 3 0.0 0.00 3 5 8.8 1.89 4 7 0.6 0.12 5 9 0.0 0.00

# Bus Name SysVolt V(1) V(rms) V(peak) THD ---- --- --- --- --- --- --- 6 BUS 1 69000 68996 69009 95888 2.00% 7 BUS 10 4160 3910 3911 5435 1.96% 8 BUS 11 480 452 452 628 1.95% 9 BUS 12 480 442 442 614 2.00% 10 BUS 13 2400 2208 2208 3068 2.00% 11 BUS 2 69000 68996 69009 95888 2.00% 12 BUS 3 13800 13799 13817 20767 5.15% 13 BUS 4 480 456 456 634 1.94% 14 BUS 5 13800 13799 13817 20748 5.06% 15 BUS 6 13800 13773 13791 20709 5.07% 16 BUS 7 13800 13799 13816 20747 5.06% 17 BUS 8 13800 13799 13817 20748 5.06% 18 BUS 9 480 467 467 649 1.90%

Bus Voltage THD = 1.90 % Limit = 5.00 % Under

limit

Branch Current THD = 0.12 % Limit = 8.00 % Under limit

Pembahasan Bus 9

Pada Bus 9 adalah salah satu bus yang terdapat beban yaitu adjustable speed

drives (ASD), nilai THDV THDI tidak

melebihi batas standar. Untuk THDV

THDI nilainya tidak lebih dari nilai batas

standar. Bentuk gelombang tegangan terlihat lebih sinoid dibanding gelombang arus, gelombang tegangan 1.90 % kendatipun gelombang arus tersebut masih dibawah ambang batas yaitu 0.12 % dari batas yaitu 8 %. Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan yang dilakukan dengan :

1. THDV dan THDI ditinjau disetiap

bus.

2. Evaluasi Batas THD dan IHD Sesuai Standard IEEE 519-1992 pada setiap bus. 3. Hasil analisis untuk semua bus.

Maka diperoleh THD terbesar dengan sumber harmonik yaitu

adjustable speed drives (ASD),

terjadi di bus 9 sebesar 1.54 %, tegangan fundamental = 467 (Volt), rms = 467 (Volt), tegangan puncak = 1.395 (p.u). Arus puncak = 2190.78 Ampere, arus THD = 2.48 %, arus (rms) = 1533.69 Ampere, arus

fundamental (1) = 1533.21 Ampere.

Untuk nilai THD tidak melebihi batas dari standar IEEE 519-1992 yaitu 5 % untuk tegangan dan 8 % untuk arus. Nilai THD yang melewati batas standar tersebut maka diperlukan pemasangan filter untuk mengurangi distorsi harmonik dan untuk nilai THD yang tidak melewati batas tersebut maka tidak perlu dilakukan pemasangan filter karena masih

dibawah batas yang telah ditetapkan.

KESIMPULAN

Kesimpulan yang dapat

diambil dari penelitian :

1. Aplikasi EDSA dapat

membantu dalam menganalisis

gelombang harmonik pada

sistem distribusi.

2. Distorsi arus harmonik individu (IHDI) pada setiap cabang

(branch) dan bus pada sistem distribusi tenaga listrik data kasus uji-sistem (test system) IEEE : Sistem Distribusi Setimbang 13-Rel suatu Industri

(Abu-hashim dkk, 1999) tidak melebihi batas standar dari 8 %. 3. Distorsi tegangan harmonik

individu (IHDV) pada setiap

cabang (branch) dan bus pada sistem distribusi tenaga listrik data kasus uji-sistem (test

system) IEEE : Sistem Distribusi Setimbang 13-Rel suatu Industri

(Abu-hashim dkk, 1999) tidak melebihi batas standar 5 %.

4. Bentuk gelombang dan

magnitude tegangan dan arus pada setiap cabang dan bus pada kondisi sumber diberi

harmonik tegangan serta

harmonik arus menunjukkan fungsi sinusoidal.

5. Level distorsi harmonik tidak melebihi standar IEEE 519-1992, pada setiap bus dan cabang pada kondisi sumber diberi harmonik tegangan serta harmonik arus.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Acha E, Madrigal.M, 2001 “

Power System Harmonic “ John

Wiley & Sons, LTD

[2] Arrilaga, J., Bradley, D.A., Bodger, P.S., 1985, Power System Harmonics, pp.

296-308, John Wiley & Sons, Norwich.

[3] Gonen T, 1986, “ Electric Power

distribution System Engineering

” McGraw-Hill Book Company, pp : 442-448.

[4] IEEE Standard 519-1992, “ IEEE

Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems“

[5] Isnaeni B.S. M, 2000, “Pengurangan arus harmonik netral pada untai 3 fase 4 kawat berbeban lampu fluoresen “Tesis S2 Program Studi Teknik Elektro Pascasarjana UGM . [6] Mayodoromo, Julio G, and

Valcarcel, Manuel, Oktober 1993 “Harmonic Power Flow for

Unbalanced Systems”, IEEE

Transactions on Power Delivery, 8 (4).

[7] Mark Halpin, S, F, Burch

Reuben, “Harmonic limit

Compílanse Evaluations Using IEEE 519-1992”, Mississipi State University, Starkville, MS,

Alabama Power Company,

Birmingham, AL.

[8] McEachern A, February1 1993 “

How Utilities Can Charge for Harmonics, “ Minutes of the

IEEE Working Group on Power System Harmonic, IEEE-PES Winter Meeting, Columbus, Ohio.

[9] Nababan. S, 2001, Tapis paralel pasif untuk mengurangi distorsi harmonik beban tak linear, Tesis S2 Program Studi Teknik Elektro Pascasarjana UGM.

[10] Phipps J.K, .P Nelson J.P, Sen P.K, March / April 1994 “

Power Quality and Harmonic Distortion on Distribution Systems “ in IEEE Trans. On Ind

Appl., 30 (2) : 176-184.

[11] Ribeiro. F, Paolo, W. Chang, Gary, Xu, Wilson,”Modelling Of

Harmonic Source, Power Electronic Converters”, BMX

Technologies, Inc, lynchburg, VA 24505-0785, Siement Power T&D, Brooklyn Park, MN, USA, University of Alberta, Edmonton, Alberta, Canada.

[12] Roger C. Dugan, Mark F. McGranaghan, H. Wayne Beaty, 1996 “ Electrical Power Systems

Quality “ McGraw-Hill.

[13] Suprianto, 2005, Evaluasi Harmonik pada Sistem Tenaga Listrik (Studi Kasus PT. Krakatau Stell), Tesis S2 Program Studi Teknik Elektro Pascasarjana UGM.

[14] Yan Y.H, Chen C.S, Moo C.S, and C.T. Hsu, March / April 1994 “Harmonic Analysis for

Industrial Customers “,in IEEE

Trans. On Ind Appl., 30 : (2) : 462 -468