ABSTRAK Kata kunci : Beban non linier, Harmonisa, THD, filter aktif high-pass.

(1)

vii

ABSTRAK

Hotel The Bene Kuta yang berlokasi di jalan Bene Sari Kuta-Bali,

memiliki suplai daya terpasang berkapasitas 630 KVA. Beban non linier yang

terdapat pada SDP mengakibatkan adanya distorsi harmonisa yang berdampak

pada rugi – rugi daya. Kandungan harmonisa arus pada sistem kelistrikan di hotel

The Bene Kuta belum memenuhi standar IEEE 519-1992 yang mengakibatkan

kualitas daya menurun.

Penelitian ini menganalisis pemasangan filter aktif type high-pass guna

meredam distorsi harmonisa akibat beban – beban non linier, serta menganalisis

rugi – rugi daya pada saluran menggunakan simulasi dengan software ETAP.

Analisis simulasi distorsi harmonisa dilakukan sebelum dan sesudah pemasangan

filter aktif untuk mendapatkan nilai THD (Total Harmonic Distortion) yang

memenuhi standar IEEE 519-1992.

Hasil analisis dari simulasi pemasangan filter aktif type hight-pass pada

sistem kelistrikan di hotel The Bene Kuta, bahwa filter aktif dapat mereduksi

distorsi harmonisa pada sistem kelistrikan dengan nilai THDI pada SDP1 sebesar

0,81 %, SDP2 sebesar 1,97 %, SDP3 sebesar 1,92 %, SDP4 sebesar 0,86 %, SDP5

sebesar 2,30%, SDP6 sebesar 1,05%, dan SDP7 sebesar 1,68 %. Kemudian nilai

THDV hasil running simulasi pada semua SDP sebelum pemasangan filter aktif

yaitu 1,92 % dan sesudah pemasangan filter aktif yaitu 0,31 %. Hasil simulasi

pemasangan filter aktif telah dapat memenuhi standar IEEE 519-1992 dengan

nilai THDI dan THDV dibawah 5%. Total rugi – rugi daya sebelum pemasangan

filter aktif adalah 1205,09 Watt dan sesudah pemasangan menjadi 6,067 Watt.

Adanya pemasangan filter aktif mengakibatkan rugi – rugi daya menurun.

(2)

vi

ABSTRACT

The Bene Hotel Kuta is located on the road Bene Sari Kuta-Bali, has an

installed power supply capacity 630 KVA. Non-linear load contained in SDP

resulted harmonic distortion impacting on losses. The content of harmonic

currents in the electrical system in The Bene Hotel Kuta is not on standard IEEE

519-1992 to make the resulting power decrease.

This study analyzes the installation of an active filter high-pass type in

order to reduce harmonic distortion due to non-linear load, and to analyze power

losses in line with the simulation using ETAP software. Harmonic distortion

simulation analysis performed before and after installation of an active filter to get

the value of THD (Total Harmonic Distortion) and meets the standard IEEE

519-1992.

The results of the analysis simulation with active filter type hight-pass on

the electrical system in The Bene Hotel Kuta, that the active filter can reduce

harmonic distortion in the electrical system with THDI SDP1: 0.81%, SDP2:

1.97%, SDP3: 1.92%, SDP4: 0.86%, SDP5: 2.30%, SDP6: 1.05%, and SDP7:

1.68%. Then the value THDV results of running simulations on all SDP before

installing active filter is 1.92% and after installation of an active filter is 0.31%.

The simulation results active filter installation has to meet the standard IEEE

519-1992 with THDi and THDV below 5%. Total of losses before the installation of

the active filter is 1205.09 Watt and after installation 6,067 Watt. The existence

of an active filter installation resulting in a losses decreased power losses.

(3)

vi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

PRASYARAT GELAR ... ii

LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS ... iii

LEMBAR PENGESAHAN ... iv

KATA PENGANTAR ... v

ABSTRAK ... vii

DAFTAR ISI ... ix

DAFTAR TABEL ... ... xii

DAFTAR GAMBAR ... xiv

DAFTAR LAMPIRAN ... xvi

DAFTAR SINGKATAN ... xvii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 3

1.3 Tujuan Penelitian ... 3

1.4 Manfaat Penelitian ... 3

1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah... 4

(4)

vi

BAB II KAJIAN PUSTAKA

2.1 Tinjauan Mutakhir ... 6

2.2 Sistem Tenaga Listrik ... 7

2.3 Karakteristik Beban ... 9

2.3.1 Karakteristik Beban Linier ... 9

2.3.2 Karakteristik Beban Non-linier ... 11

2.4 Harmonisa ... 13

2.4.1 Total Harmonic Distorsion ... 15

2.4.2 Sumber Harmonisa ... ... 16

2.4.3 Standarisasi Harmonisa. ... 17

2.4.4 Pengaruh Harmonisa pada Sistem Tenaga. ... 19

2.4.4.1 Sistem Proteksi... 19

2.4.4.2 Motor Listrik ... 20

2.4.4.3 Transformator ... 20

2.4.5 Dampak Harmonisa pada Peralatan. ... 21

2.5 Filter Harmonisa. ... 22

2.5.1 Filter Pasif... ... 23

2.5.2 Filter Aktif... ... 24

2.5.2.1 Filter Aktif Hight Pass... ... 24

2.5.2.2 Filter Aktif Low Pass... ... 27

(5)

vi

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ... 31

3.2 Sumber dan Jenis Data ... 31

3.2.1 Sumber Data ... 31

3.2.2 Jenis Data ... 31

3.2.3 Teknik Pengumpulan Data ... 31

3.3 Analisis Data ... 32

3.4 Alur Analisis ... 33

BAB IV HASIL ANALISIS DAN PEMBAHASAN 4.1 Sistem Kelistrikan Hotel The Bene Kuta ... 35

4.2 Pengelompokan Beban pada Setiap SDP pada Sistem Kelistrikan di Hotel The Bene Kuta ... 37

4.2.1 Beban Non-linier pada MDP-SDP1 (Seluruh Kamar Hotel)….. 37

4.2.2 Beban Non-linier pada MDP-SDP2 (Kitchen) ... 37

4.2.3 Beban Non-linier pada MDP-SDP3 (Restaurant) ... 38

4.2.4 Beban Non-linier pada MDP-SDP4 (Panel Lampu Corridor Basement) ... 39

4.2.5 Beban Non-linier pada MDP-SDP5 (Panel Utility Atap) ... 39

4.2.6 Beban Non-linier pada MDP-SDP6 (Pump Room) ... 40

4.2.7 Beban Non-linier pada MDP-SDP7 (Office Basement) ... 40

4.3 Kapasitas Daya Aktif, Daya Semu dan Arus Beban Non Linier pada Seluruh SDP di Hotel The Bene Kuta... 41

(6)

vi

4.4 Menentukan Batas Maksimum THD Arus dan THD Tegangan ... 43

4.4.1 Menentukan Arus Hubung Singkat.……….... 43

4.4.2 Menentukan Arus Beban Maksimum.………... 44

4.4.3 Menghitung Rasio Hubung Singkat (SCRatio) dan Menentukan Standar THDI ... 45 4.4.4 Menentukan Standar THDV di Hotel The Bene Kuta ... 47 4.5 Simulasi THD Arus dan THD Tegangan pada Sistem Kelistrikan di Hotel

The Bene Kuta ... 48 4.6 Perancangan Filter Aktif untuk Meredam Distorsi Harmonisa ... 52 4.7 Simulasi THD Arus dan THD Tegangan Setelah Pemasangan Filter Aktif... 56 4.7.1 Analisis THDI Hotel The Bene Kuta Setelah Pemasangan Filter Aktif 58 4.7.2 Analisis THDV Hotel The Bene Kuta Setelah Pemasangan Filter

Aktif ... 59 4.8 Perbandingan Rugi – Rugi Daya pada Simulasi di Ketujuh SDP Sebelum

dan Sesudah Pemasangan Filter Aktif ... 60

BAB V PENUTUP

5.1 Simpulan ... 71 5.2 Saran ... 72 DAFTAR PUSTAKA... ... 73

LAMPIRAN

Data Pengukuran Lapangan ... A Data Transformator Hotel The Bene Kuta ... B Single Line Diagram Kelistrikan Hotel The Bene Kuta ... C

(7)

vi

Running THDI dan THDV pada ETAP di Hotel The Bene Kuta ... D Report running analisis THDI dan THDV menggunakan kemampuan maksimal

filter ... E Report running analisis THDI dan THDV menggunakan spesifikasi filter yang

(8)

vi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Batas Distorsi Harmonik Arus Untuk Sistem Distribusi Umum ... 17

Tabel 2.2 Batas Distorsi Harmonik Tegangan ... 18

Tabel 4.2 Data Beban Non Linier Panel Kamar Hotel Private ... 36

Tabel 4.3 Data Beban Non Linier Panel Kitchen ... 36

Tabel 4.4 Data Beban Non Linier Panel Restaurant ... 37

Tabel 4.5 Data Beban Non Linier PanelLampu Corridor Basement ... 38

Tabel 4.6 Data Beban Non Linier Panel Utility Atap ... 38

Tabel 4.7 Data Beban Non Linier Panel Pump Room ... 39

Tabel 4.8 Data Beban Non Linier Panel Office Basement ... 39

Tabel 4.9 Total daya beban non linier ... 40

Tabel 4.10 Daya aktif, daya semu, serta arus beban non linier ... 41

Tabel 4.11 Nilai IL masing- masing SDP di Hotel The Bene Kuta ... 43

Tabel 4.12 Nilai SCratio setiap SDP di hotel The Bene Kuta ... 44

Tabel 4.13 Batas Maksimum THDI yang Diperbolehkan ... 45

Tabel 4.14 Perbandingan THDI hasil pengukuran dengan standar IEEE 519-1992 ... 46

Tabel 4.15 Perbandingan THDV hasil pengukuran dengan standar IEEE 519-1992 ... 47

Tabel 4.16 Hasil Running Simulasi THDI dan THDV Sistem Kelistrikan Hotel The Bene Kuta ... 50

Tabel 4.17 Spesifikasi Filter Harmonisa pada Setiap SDP... 54

Tabel 4.18 Perbandingan THDI Sebelum dan Sesudah Pemasangan Filter Aktif dengan Standar IEEE 519-1992 ... 58

(9)

vi

Tabel 4.19 Perbandingan THDV Sebelum dan Sesudah Pemasangan Filter Aktif

dengan Standar IEEE 519-1992 ... 59

Tabel 4.20 Rugi – rugi daya sebelum pemasangan filter ... 61

Tabel 4.21 Rugi – rugi daya setelah pemasangan filter ... 62

(10)

vi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Contoh Saluran Distribusi dan Transmisi ... 8

Gambar 2.2 Aljabar Fasor ... 9

Gambar 2.3 Rangkaian Pengganti Untuk Beban Linier ... 10

Gambar 2.4 Bentuk Gelombang dan Arus Beban Linier... 10

Gambar 2.5 Spektrum Arus Harmonisa Beban Linier ... 10

Gambar 2.6 Rangkaian Pengganti untuk Beban Non-Linier ... 12

Gambar 2.7 Bentuk Gelombang Arus dan Tegangan Beban Non-Linier ... 12

Gambar 2.8 Spektrum Arus Harmonisa Beban Non-Linier ... 12

Gambar 2.9 Gelombang Sinus Arus dan Tegangan ... 13

Gambar 2.10 Bentuk Gelombang Fundamental ... 14

Gambar 2.11 Prinsip Kerja Rangkaian Filter Paralel ... 22

Gambar 2.12 Prinsip Kerja Rangkaian Filter Seri ... 23

Gambar 2.13 Rangkaian Filter Pasif pada Sistem ... 23

Gambar 2.14 Rangkaian Filter Aktif High Pass ... 25

Gambar 2.15 Respon Frekuensi Filter Aktif High Pass (HPF) ... 26

Gambar 2.16 Rangkaian Filter Aktif Low Pass ... 27

Gambar 2.17 Respon Frekuensi Filter Aktif Low Pass ... 27

Gambar 3.1 Alur Analisis ... 33

Gambar 4.1 Single Line Diagram Sistem Kelistrikan di Hotel The Bene Kuta ... 35

(11)

vi

Gambar 4.3 Hasil Running Simulasi Sistem Kelistrikan di Hotel The Bene

Kuta ... 49

Gambar 4.4 Spektrum Harmonisa Tegangan ... 51

Gambar 4.5 Hasil Running Gelombang Harmonisa Tegangan ... 51

Gambar 4.6 Spesifikasi Filter pada SDP 1 ... 54

Gambar 4.7 Simulasi Pemasangan Filter Aktif pada Sistem ... 55

Gambar 4.8 Running Simulasi dengan Filter Aktif pada Sistem ... 56

Gambar 4.9 Running Spektrum dan Gelombang Setelah Pemasangan Filter Aktif pada Sistem ... 57

(12)

vi

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran1

Data Pengukuran Lapangan………. A

Lampiran2

Data Transformator Hotel The Bene Kuta………... B

Lampiran3

Single Line Diagram Kelistrikan Hotel The Bene Kuta…….. C

Lampiran4

Running THDI

dan THD

V

pada ETAPdi Hotel The Bene

Kuta……….. D

Lampiran5

Report running analisis THD

I

dan THD

V

menggunakan

kemampuan maksimal filter………. E

Lampiran6

Report running analisis THD

I

dan THD

V

menggunakan

(13)

vi

DAFTAR SINGKATAN

A

= Ampere

AC

=

Air conditioning

ACB

= Air circuit breaker

D

=

Distorsi

DC

= Direct current

ETAP

= Electric transient and analysis program

F

= Frekuensi

Hz

= Herzt

IACS

= Internasional annealid copper standard

IEC

= International electrotechnical commision

IEEE

= Institute of electrical and electronic engineering

I

L

= Arus beban

I

SC

= Arus short circuit

KW

= Kilo watt

KWH

= Kilo watt hour

KV

= Kilo volt

KVA

= Kilo volt ampere

MDP

= Main distribution panel

n

= Orde harmonisa

P

= Daya aktif

PCC

= Point of common coupling

PF

= Power factor

PHD

= Panel hubung bagi

Q = Daya reaktif

R = Resistansi

S = Daya semu

SC

ratio

= Short circuit ratio

SC

= Short circuit

(14)

vi

THD

= Total harmonisa distorsi

THDi

= Total harmonisa distorsi arus

THDv

= Total harmonisa distorsi tegangan

TV

= Televisi

V

= Volt

VA

= Volt ampere

W

= Watt

(15)

vi

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Energi listrik memiliki peranan penting dalam kehidupan sehari-hari,

mengingat segala sesuatu serta fasilitas dan alat-alat pada umumnya di zaman

yang modern ini menggunakan energi listrik. Terlebih lagi kebutuhan energi

listrik dalam sektor industri semakin tinggi. Sebagai konsumen listrik, kita

hendaknya mengetahui pentingnya kualitas daya listrik mengingat kualitas daya

sangat berpengaruh terhadap umur suatu paralatan listrik.

Pelanggan tenaga listrik di sektor domestik menggunakan beban yang

variatif seiring dengan perkembangan beban itu sendiri yang sangat pesat.

Penggunaan beban tidak linier seperti; televisi, komputer, microwave,

lampu-lampu fluorescent yang menggunakan ballast elektronik (lampu-lampu TL), motor-motor

listrik yang dikontrol oleh konverter statis terus meningkat dengan pertimbangan

efisiensi. Disisi lain, beban tidak linier mengakibatkan mutu daya listrik menurun

salah satunya adalah fenomena harmonisa.

Harmonisa merupakan fenomena yang timbul dari pengoperasian beban

listrik yang tidak linier, dimana akan terbentuk gelombang yang berfrekuensi

tinggi yang merupakan kelipatan dari frekuensi dasar 50 Hz atau 60 Hz, sehingga

bentuk gelombang arus maupun tegangan yang idealnya adalah sinusoidal murni

akan menjadi cacat (Tanoto. 2005). Dalam sistem tenaga listrik arus dan tegangan

akan mengandung harmonisa, karena harmonisa memiliki frekuensi yang

berkelipatan integer dari komponen gelombang dasarnya.

Beban nonlinier adalah beban yang komponen arusnya tidak proporsional

terhadap komponen tegangannya, sehingga bentuk gelombang arus maupun

tegangan keluarnya tidak sama dengan gelombang masuknya (mengalami distorsi)

(Dugan;Rizy,2001).

Penyebab terjadinya gelombang harmonisa ini adalah

(16)

vi

penggunaan beban-beban nonlinier pada sistem tenaga yang menimbulkan distorsi

pada bentuk gelombang sinus. Semakin banyak peralatan elektronika yang

digunakan seperti: tv, komputer, dan alat penghemat daya akan semakin

menambah harmonisa pada arus listrik, sehingga THD yang dihasilkan akan

semakin besar. Bila komponen listrik terpengaruh harmonisa maka dapat terjadi

penurunan kinerja dan bahkan kerusakan alat. Dengan demikian perlu adanya

solusi untuk mengatasi permasalahan tersebut.

Hotel The Bene Kuta memakai berbagai peralatan elektronik seperti

komputer, lampu TL, LCD TV, serta motor – motor listrik seperti lift, pompa air,

waterhitter, dan lain sebagainya. Beban non linier inilah yang sangat

mempengaruhi timbulnya harmonisa dalam sistem kelistrikan di hotel The Bene

Kuta.

Sistem kelistrikan Hotel The Bene Kuta disuplai oleh transformator dari

PLN dengan kapasitas 630 kVA serta genset dengan kapasitas 500 kVA yang

terkoneksi dengan ATS (Auto Transfer Switch) yang selanjutnya ke MDP dan ke

masing – masing SDP. Hasil pengukuran di lapangan yang di lakukan pada

tanggal 13 juni 2016 pukul 17.00 didapat besarnya THD

I

pada MDP yaitu sebesar

phasa R = 11,06 %, S= 10,87 %, dan T= 9,81% yang melebihi standar (IEEE Std

519-1992) yaitu sebesar 5 %. Kemudian untuk THD

V

pada MDP yaitu, phasa R =

1,7 %, S = 1,5 %, dan T = 1,4 % yang masih memenuhi standar yaitu 5 %. Dari

hasil pengukuran tingginya nilai harmonisa arus di hotel the bene perlu ditangani

guna memperbaiki kualitas daya listrik di hotel tersebut. Dengan demikian akan

dilakukan pemasanga filter aktif serta diadakan penelitian lebih lanjut untuk

menangani distorsi harmonisa agar nantinya dapat memenuhi standar yang telah

ditetapkan.

Besarnya harmonisa pada suatu sistem kelistrikan disebut dengan Total

Harmonic Distortion (THD). Total Harmonic Distortion (THD) merupakan

persentase dari total frekuensi harmonisa terhadap frekuensi fundamentalnya

(Ngakan. 2014). Harmonisa ini dapat diminimalisir dengan pemasangan filter

harmonisa yaitu filter aktif, filter pasif, maupun filter hybrid. Tujuan pemasangan

(17)

vi

filter harmonisa untuk mereduksi amplitudo frekuensi dari sebuah tegangan atau

arus. Dengan penambahan filter harmonisa pada suatu sistem tenaga listrik yang

mengandung sumber-sumber harmonisa, maka penyebaran arus harmonisa ke

seluruh jaringan dapat ditekan sekecil mungkin. Selain itu filter harmonisa pada

frekuensi fundamental dapat mengkompensasi daya reaktif dan dipergunakan

untuk memperbaiki faktor daya sistem. Penggunaan filter harmonisa pada

frekuensi dasarnya 50 Hz dapat mengkompensasi daya reaktif dan memperbaiki

faktor daya mencapai 0.80 – 0.94.

Dengan diketahuinya berbagai permasalahan tersebut, maka pada Tugas

Akhir ini akan dibahas mengenai “Simulasi serta peredaman distorsi harmonisa

dengan menggunakan filter aktif dan menghitung rugi – rugi daya di Hotel The

Bene Kuta”.

1.2 Rumusan Masalah

Dari penjelasan latar belakang diatas, dapat di buat rumusan masalah

sebagai berikut:

1. Bagaimana sistem kelistrikan dan THD di hotel The Bene Kuta?

2. Bagaimana

simulasi peredaman distorsi harmonisa menggunakan filter

aktif dengan menganalisis rugi – rugi daya pada sistem kelistrikan di hotel

the bene kuta

?

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini antara lain sebagai berikut :

1. Mengetahui sistem kelistrikan dan THD di hotel The Bene Kuta.

2. Mengetahui

simulasi peredaman distorsi harmonisa menggunakan filter

aktif dengan menganalisis rugi – rugi daya pada sistem kelistrikan di hotel

the bene kuta

.

(18)