ANALISIS DAN PERANCANGAN FILTER HARMONIK
PADA SISTEM TENAGA LISTRIK DI PUSAT PENAMPUNGAN PRODUKSI MENGGUNG
PERTAMINA ASSET IV FIELD CEPU
TUGAS AKHIR
Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Strata I (S1) Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun oleh : SALEH SYAHMI
D 400 120 067
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
KATA PENGANTAR
Puji dan puja syukur tak lupa penulis panjatkan kehadirat ALLAH SWT yang senantiasa melimpahkan rahmat, taufiq dan hidayah-NYA, sehingga laporan Tugas Akhir dengan judul, “ Analisis Dan Perancangan Filter Harmonik Pada Sistem Tenaga Listrik Dipusat Penampungan Produksi Menggung Pertamina Asset IV Field Cepu ” ini dapat terselesaikan dengan baik.
Penulis menyadari bahwa dalam pembuatan laporan Tugas Akhir ini, keberhasilan bukan semata-mata diraih dengan sendirinya, melainkan berkat dorongan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis bermaksud menyampaikan ucapan terimakasih kepada pihak-pihak yang telah membantu dalam pembuatan tugas akhir ini yang mungkin mana tidak bisa saya sebut namanya satu-persatu. Dengan penuh kerendahan hati, penulis mengucapkan terimakasih kepada :
1. ALLAH SWT serta junjungan beliau RASULULLAH MUHAMMAD SAW. 2. Bapak dan ibu tercinta yang telah mendoakan, memberikan nasehat serta
bimbingannya sehingga penulis bisa sampai seperti ini. 3. Keluarga yang selalu memberikan dukungan serta doannya.
4. Bapak Umar S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta.
5. Bapak Agus Supardi S.T.,M.T. selaku dosen pembimbing.
v
7. Bapak Abdul Aziz dan Bapak Gitab Bangkit selaku pembimbing lapangan dalam proses pengambilan data di Pusat Penampungan Produksi Menggung Pertamina Asset IV Field Cepu.
8. Mas Novix Jefri Alfama dan Mbak Indriyana Zella Margaretha selaku pembimbing non formal.
9. Teman-teman di KMTE Robot Research periode 2014, 2015, 2016 yaitu Mas Tarmuji, Mas Nugraha Putra Mahardika, Mas Eri Nur Prasetyo, Mas
Muhammad Puji Prasetyo, Mas Mahmud Ari Munandar, Mas Agung Purnomo, Rheksi Hermawan, Junna Chairul Erfan, Laksono Budi Prianggodo, Dimas Setyawan, Nurhadi Pranoto, Tri Sudaryono, Andi Triyanto, Riki Ariyanta, Dennison Arif Hakim, Muhammad Wahid, Muhammad Jundu Maulana, Albastomiroji, Cahyo Juli S, Slamet Sigit Widodo, Taufik, dan teman-teman yang tidak dapat penulis sebut satu per satu.
10.Teman-Teman di KMTE UMS periode 2015 yaitu Sahid Sholihin, Andre Farmada, Susanto, Risky Pertamadi, Medina Puspitasari Inaray, Sandy Prasetya, Muhammad Bayu Iskandar, Miranti Fajarwati, Aulia Okta I.T.M, Fella Dina Azmi, Qoid Zuhdi, Ana Dwi Ernia, Abdul hafid, Wisnu Anggara, Ihsan Pratama, Salasma Kresna Alvintara, Rahajeng Hafid Bastian, Muhammad Fariz hendrayana, dan teman-teman yang tidak dapat penulis sebut satu per satu.
Saputro K, Arif Kurniawan, Dedy Eka P, Septia Ayu N.D, Venna A.R.I, Fuji fitriyani, dan teman-teman yang tidak dapat penulis sebut satu per satu.
12.Teman-Teman Asisten Teknik Elektro UMS yaitu Mas Amri, Mas Rehang Wuryanduri, Mbak Mariska S.A.P, Aan Budi Sulistyo, Dharu Rendro A.P, dan teman-teman yang tidak dapat penulis sebut satu per satu.
13.Serta pihak lain yang tidak dapat penulis sebut satu per satu yang telah memberikan dukungan, bantuannya, serta doanya.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan laporanpraktik kerja lapangan ini masih banyak terdapat kekurangan dan kesalahan. Oleh karena itu, kritik dan saran yang mendukung dalam penulisan laporan ini sangat penulis harapkan sebagai upaya perbaikan. Sehingga nanti kelak jika ada kesempatan, penulis dapat menyusun yang lebih baik lagi. Dan akhir kata, semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Surakarta, 01 Februari 2016
vii MOTTO
“Allah menghendaki kemudahan bagimu dan tidak menghendaki kesukaran bagimu.”
( Q.S. Al-Baqarah : 185 )
”Dan bahwasanya seorang manusia tiada memperoleh selain apa yang telah diusahakannya.”
( Q.S. An Najm : 39 )
“Wahai manusia, sesungguhnya engkau harus bekerja keras (sungguh-sungguh dan tekun)
menuju keridhoan Tuhanmu, maka pasti kamu akan menemui-Nya.”
(Q.S. Al-Insyiqaq :6)
“Sesungguhnya setelah kesulitan itu ada kemudahan. maka apabila kamu telah selesai
dari sesuatu urusan maka kerjakanlah dengan sungguh-sungguh urusan yang lain. Dan hanya kepada Tuhanmu kamu berharap”
( QS. Alam Nasyrah (94) : 6 – 8)
“sesungguhnya ALLAH tidak melihat kepada sosokmu dan hartamu, tetapi dia akan melihat
kepada hatimu dan amalanmu”
PERSEMBAHAN
Laporan Penelitian yang penulis kerjakan dipersembahkan kepada :
1. ALLAH SWT serta junjungan beliau RASULULLAH MUHAMMAD SAW. 2. Bapak dan ibu tercinta yang telah mendoakan, memberikan nasehat serta
bimbingannya sehingga penulis bisa sampai seperti ini. 3. Keluarga yang selalu memberikan dukungan serta doannya.
4. Bapak dan ibu Dosen Jurusan Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
5. Teman-teman di KMTE Robot Research periode 2014, 2015, 2016. 6. Teman-Teman di KMTE UMS periode 2015.
7. Teman-teman Teknik Elektro UMS angkatan 2012. 8. Teman-Teman Asisten Teknik Elektro UMS.
ix
DAFTAR KONTRIBUSI
Penelitian yang saya ajukan sebagai judul skripsi guna memenuhi syarat kelulusan guna mendapat gelar strata-1 (S1) merupakan ide yang terbesit pada saat mengikuti mata kuliah kualitas daya listrik. Dimana pada saat perkuliahan ini membahas tentang berbagai permasalahan terkait permasalahan pada kualitas daya listrik. Harmonik yang merupakan inti dari penelitian yang penulis lakukan merupakan salah satu topik bahasan pada perkuliahan tersebut.
Semenjak itulah penulis mulai tertarik dengan harmonik. Mulai dari mencari referensi-referensi terkait masalah tersebut. Pada akhirnya penulis tertarik dengan analisis harmonik terhadap sistem kelistrikan suatu industri. Pusat Penampungan Produksi Menggung Pertamina Asset IV Field Cepu menjadi salah satu objek penelitian yang dilakukan untuk mengetahui besarnya nilai harmonik pada sistem kelistrikannya. Karena dianggap sistem kelistrikan pada industri tersebut cukup kompleks karena terdapat bebrapa komponen sumber harmonik yang nantinya dijadikan objek penelitian.
Penulis menyatakan dengan sesungguhnya sepengetahuan penulis bahwa belum pernah ada skripsi yang membahas terkait topik yang serupa dari skripsi yang telah dipublikasikan maupun yang digunakan sebagai salah satu persyaratan untuk mendpatkan gelar Strata-1 (S1) di Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun kecuali bagian informasi yang saya cantumkan dalam laporan.
Penelitian inin dilakukan dengan cara membuat simulasi sistem kelistrikan yang ada di Pusat Penampungan Produksi Pertamina Asset IV Field Cepu dengan menggunakan softwa re ETAP Power Station 12.6. Dimana Sebelumnya penulis terlebih dahulu melakukan pengukuran terhadap sumber harmonim yang ada padsa lapangan secara riil yang nantinya digunakan sebagai patokan untuk nilai harmonik komponen simulasi sistem kelistrikannya. Penelitian ini melakukan 2 proses yaitu analisis terhadap sistem kelistrikan yang ada pada Pusat Penampungan Produksi Menggung Pertamina Asset IV field Cepu dan pernacangan filter yang dimaksudkan apabila sistem tersebut memerlukannya.
Setelah simulasi berhasil, kemudian mencatat hasil data keluaran atau text
report tersebut untuk analisis skripsi tersebut.
Demikian daftar kontribusi ini dibuat dengan sejujurnya.
xi DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
LEMBAR PENGESAHAN ... ii
LEMBAR PERSETUJUAN ... iii
KATA PENGANTAR ... iv
MOTTO ... vii
PERSEMBAHAN ... viii
DAFTAR KONTRIBUSI ... ix
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR TABEL ... xiv
DAFTAR GAMBAR ... xv
ABSTRAKSI ... xvii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 4
1.3 Batasan Masalah ... 4
1.4 Tujuan Penelitian ... 5
1.5 Manfaat Penelitian ... 5
1.6 Sistematika Penulisan ... 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 7
2.1 Telaah Penelitian ... 7
2.2.1 Distorsi Harmonik dan Defenisi ... 9
2.2.2 Penyebab Timbulnya Distorsi Harmonik pada Sistem Ditribusi ... 11
2.2.3 Akibat Distorsi Harmonik ... 12
2.2.4 Filter Harmonik ... 14
2.2.5 Software ETAP Power Station 12.6 ... 15
2.2.6 Studi Aliran Beban ... 16
2.2.7 Studi Harmonik ... 18
BAB III METODE PENELITIAN ... 19
3.1 Jadwal Penelitian ... 19
3.2 Tahapan Penelitian ... 19
3.2.1 Studi Literatur ... 19
3.2.2 Pengumpulan Data ... 19
3.2.3 Analisis data ... 19
3.2.4 Perancangan ... 20
3.2.5 Pengujian Hasil Rancangan ... 20
3.3 Alat dan Bahan ... 20
3.3.1 Heardware dan Softwa re ... 20
3.3.2 Gambaran Sistem Ditribusi Listrik di Pusat Penampungan Produksi Pertamina Asset IV Field Cepu ... 21
3.3.3 Data Kapasitor ... 23
3.3.4 Data Impedansi Salurann ... 23
xiii
3.3.6 Data Unit Suplai Tenaga ... 25
3.3.7 Data Beban nonlinear ... 26
3.3.8 Fasilitas yang Disediakan oleh ETAP Power Station 12.6 ... 27
3.4 Flowchart Penelitian ... 28
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 29
4.1 Hasil simulasi aliran beban ... 29
4.2 Analisis hasil simulasi aliran beban ... 33
4.3 Hasil simulasi harmonik ... 34
4.4 Analisis hasil simulasi harmonik ... 38
4.5 Perancangan filter ... 39
4.6 Hasil simulasi harmonik dengan penambahan filter harmonik .... 58
4.7 Analisis hasil harmonik dengan penambahan filter harmonik ... 63
BAB V PENUTUP ... 66
5.1 Kesimpulan ... 66
5.2 Saran ... 67 DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Besaran pada tiap Tipe Bus ... 18
Tabel 3.1 Data Kapasitas Kapasitor Simulasi ... 23
Tabel 3.2 Data Impedansi Saluran ... 23
Tabel 3.3 Data Beban Motor tiap Bus ... 24
Tabel 3.4 Data Beban Statis tiap Bus ... 25
Tabel 3.5 Data Unit Suplai Tenaga ... 25
Tabel 3.6 Data Beban nonlinear VFD ... 26
Tabel 3.7 Data Parameter Beban nonlinear VFD ... 26
Tabel 3.8 Data Beban nonlinear Load Static ... 27
Tabel 3.9 Data Parameter Beban nonlinear load 1 dan Load 2 ... 27
Tabel 3.10 Data Parameter Beban nonlinear Load 3 ... 28
Tabel 3.11 Data Parameter Beban nonlinear Load 7 ... 29
Tabel 4.1 Hasil simulasi aliran beban ... 31
Tabel 4.2 kondisi Critical komponen dalam simulasi aliran beban ... 32
Tabel 4.3 kondisi Marginal komponen dalam simulasi aliran beban ... 32
Tabel 4.4 hasil simulasi analisis harmonik untuk distorsi arus ... 36
Tabel 4.5 hasil simulasi analisis harmonik untuk distorsi tegangan ... 37
Tabel 4.6 Parameter filter single tuned ... 59
Tabel 4.7 Hasil simulasi analisis harmonik untuk distorsi arus setelah penambahan filter ... 61
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 3.1 Sistem kelistrikan di PPP Menggung Pertamina Asset IV
Field Cepu dalam simulasi ETAP 12.6 bagian 1 ... 21 Gambar 3.2 Sistem kelistrikan di PPP Menggung Pertamina Asset IV
Field Cepu dalam simulasi ETAP 12.6 bagian 2 ... 22 Gambar 3.3 Fasilitas yang disediakan oleh ETAP ... 27 Gambar 3.4 Flowcha rt Penelitian ... 28 Gambar 4.1 Hasil Simulasi aliran beban sistem kelistrikan pada
PPP Menggung Pertamina Asset IV Field Cepu bagian 1 ... 29 Gambar 4.2 Hasil Simulasi aliran beban sistem kelistrikan pada
PPP Menggung Pertamina Asset IV Field Cepu bagian 2 ... 30 Gambar 4.3 Hasil Simulasi harmonik sistem kelistrikan pada PPP Menggung Pertamina Asset IV Field Cepu bagian 1 ... 34 Gambar 4.4 Hasil Simulasi harmonik sistem kelistrikan pada PPP Menggung Pertamina Asset IV Field Cepu bagian 2 ... 35 Gambar 4.5 Diagram Spektrum harmonik ... 37 Gambar 4.6 Gelombang sinusoidal yang terdistorsi ... 38 Gambar 4.7 Hasil Simulasi harmonik sistem kelistrikan pada
PPP Menggun Pertamina Asset IV Field Cepu
dengan penambahan filter bagian 1 ... 59 Gambar 4.8 Hasil Simulasi harmonik sistem kelistrikan pada
PPP Menggung Pertamina Asset IV Field Cepu
Gambar 4.9 Diagram Spektrum harmonik setelah penambahan filter ... 62 Gambar 4.10 Gelombang sinusoidal yang terdistorsi
setelah penambahan filter ... 63 Gambar 4.11 Diagram Spektrum harmonik sebelum penambahan filter .... 64 Gambar 4.12 Diagram Spektrum harmonik setelah penambahan filter ... 64 Gambar 4.12 Gelombang sinusoidal yang terdistorsi
sebelum penambahan filter ... 65 Gambar 4.13 Gelombang sinusoidal yang terdistorsi
xvii ABSTRAKSI
Pada penelitian kali ini peneliti melakukan studi kasus terkait siostem kelitrikan di Pusat Penampungan Produksi Pertamina Asset IV Field Cepu. Karena pada industri terdapat beberapa komponen sumber harmonik yaitu Variable Frekuensi Drive (VFD). Penelitian ini dilakukan dengan cara melakukan simula si jaringan dengan menggunaka n software ETAP Power Station 12.6 dengan pemodelan sistem 3 buah beban nonlinear VFD.
Pemodelan sistem yang dilakukan dengan softwa re ETAP 12.6 didapat ha sil untuk nilai Total Harmonic Distortion (THD) pa da THD ke-3 VFD yaitu VFD 3 yang terpasang pada Bus 10 mengha silkan THDv sebesar 5.01% dan THDi sebesa r 17.31%, VFD 4 yang terpasang pada Bus 16 menghasilkan THDv sebesa r 6.43% dan THDi sebesar 14.93%, sedangkan untuk VFD 5 yang terpasang pada Bus 31 menghasilkan THDv sebesar 5.45% dan THDi sebesa r 21.05%.
Hasil pemodelan sistem tersebut menunjukkan ma sih terdapat nilai harmonik yang tinggi maka perlu dilakukan perbaikan kualitas listrik untuk mereduksi adanya nilai harmonik. Perbaikan tersebut dengan pemasangan filter single tuned. Setelah pemasangan filter tersebut didapat penurunan nilai THD pada VFD 3 yang terpasang pada Bus 10 menghasilkan THDv sebesa r 0.60% dan THDi sebesa r 12.23%, VFD 4 yang terpasang pa da Bus 16 menghasilkan THDv sebesa r 3.50% dan THDi sebesa r 4.89%, sedangkan untuk VFD 5 yang terpa sang pada Bus 31 menghasilkan THDv sebesar 2.60% dan THDi sebesar 7.14%.
