REDUKSI HARMONISA DENGAN MENGGUNAKAN FILTER
PASIF SINGLE TUNE DAN FILTER MATRIX
(STUDI KASUS PADA INDUSTRI PENGOLAHAN PLASTIK)
TESIS
Oleh :
MUHAMMAD IKHWAN FAHMI
117034013/MTE
FAKULTAS TEKNIK
REDUKSI HARMONISA DENGAN MENGGUNAKAN FILTER
PASIF SINGLE TUNE DAN FILTER MATRIX
(STUDI KASUS PADA INDUSTRI PENGOLAHAN PLASTIK)
TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknik Elektro Pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
Oleh :
MUHAMMAD IKHWAN FAHMI
117034013/MTE
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
Judul Penelitian :Reduksi Harmonisa Dengan Menggunakan Filter Pasif
Single Tune dan Filter Matrix (Studi Kasus Pada Industri Pengolahan Plastik)
Nama Mahasiswa : Muhammad Ikhwan Fahmi
Nomor Induk : 117034013
Program Studi : Magister Teknik Elektro
Menyetujui Komisi Pembimbing :
(Prof. Dr. Ir. Usman Baafai) (Dr. Eng Ariadi Hazmi)
Ketua Program Studi, Dekan,
(Suherman, Ph.D) (Ir. Seri Maulina, M.Si, Ph.D)
Telah diuji pada
Tanggal : 30 Juni 2016
PANITIA PENGUJI TESIS :
Ketua : Prof. Dr. Ir. Usman Baafai
Anggota : 1. Dr. Eng Ariadi Hazmi
2. Prof. Drs. Tulus, M.Si, Ph.D
ABSTRAK
Penggunaan beban non linier yang ditimbulkan oleh mesin-mesin industri dapat mengakibatkan harmonisa arus yang tidak sesuai dengan standar IEEE 519 – 1992. Tesis ini membahas tentang penggunaan filter pasif single tuned dan filter matrix dalam mereduksi harmonisa dan membandingkan hasil reduksi dari kedua filter tersebut. Permodelan sistem yang ditinjau menggunakan simulasi
matlab/simulink menghasilkan total harmonic distortion (THD) sebesar 15,55%, dapat direduksi menjadi 4,77% menggunakan filter pasif single tuned dan 3,06% menggunakan filter matrix. Sehingga dengan kedua filter tersebut menghasilkan harmonisa yang sesuai dengan standar IEEE 519 – 1992. Dari hasil simulasi terlihat juga bahwa filter pasif single tuned mampu mereduksi harmonisa arus 82,23% pada target ordo harmonisa yang ingin direduksi dan mereduksi harmonisa ordo lainnya antara 7% sampai 8%. Sedangkan dengan menggunakan filter matrix mampu mereduksi harmonisa pada target ordo yang diinginkan sebesar 97,86% dan mampu mereduksi ordo harmonisa lainnya antara 50% sampai 70%.
ABSTRACT
The use of non-linear loads generated by industrial machinery can result in current harmonics according to the standard IEEE 519 - 1992 This thesis discusses the use of single tuned passive filter and the matrix filter in reducing harmonics and comparing the results of the reduction of the both filter. Modeling system being simulated using simulation matlab / Simulink produces a total harmonic distortion (THD) of 15.55%, can be reduced to 4.77% using a single passive filter tuned and 3.06% using a filter matrix. So both filter generates harmonics which conform to the IEEE 519 - 1992. From the simulation results shown also that the single tuned passive filter capable of reducing harmonic current target of 82.23% in ordo harmonics want to reduce harmonics are reduced and other ordo between 7% to 8%. While using filter matrix able to reduce harmonics ordo to expect the target of 97.86% and other harmonic ordo can reduce between 50% to 70%.
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan kemudahannya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan proposal penelitian ini. Proposal penelitian ini disusun sebagai syarat untuk melakukan penelitian tesis di Program Studi Magister Teknik Elektro USU. Penelitian ini berjudul ”Reduksi Harmonisa Dengan Menggunakan Filter Pasif
Single Tune Dan Filter Matrix (Studi Kasus Pada Industri Pengolahan Plastik)”.
Pada kesempatan ini penulis akan menyampaikan rasa terima kasih kepada: 1. Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai dan Bapak Dr. Eng. Ariadi Hazmi selaku
dosen pembimbing dalam pengerjaan tesis ini. 2. Bapak Suherman, Ph.D selaku ketua Program Studi
3. Seluruh dosen pengajar dan staf administrasi Magister Teknik Elektro USU 4. Almarhum Bapak dan Ibunda, serta istri yang telah memberikan dukungan
baik dalam bentuk materi, moril dan doa yang sungguh tidak terbalas dengan apapun
5. Juga kepada seluruh rekan mahasiswa/i Magister Teknik Elektro USU yang telah banyak memberikan dukungan bagi penulis
Akhirnya penulis berharap semoga penelitian ini nantinya dapat bermanfaat serta menambah pengetahuan bagi pembaca. Kritik dan saran yang sifatnya membangun sangat penulis harapkan dari para pembaca untuk kesempurnaan tulisan ini.
Medan, Januari 2017 Penulis,
2.7 Filter Pasif Single Tuned ...………..….. 32
4.1.2 Simulasi Dengan Menggunakan Filter Pasif Single Tuned ... 89
4.3.1 Perbandingan Hasil Simulasi Reduksi Harmonisa …...….. 95
4.3.2 Reduksi Harmonisa Terhadap Standar IEEE 519-1992 …...….. 98
4.3.3 Tingkat Reduksi Harmonisa Filter Pasif Single Tuned dan Filter Matrix………...……..….. 100
4.3.4 Komponen Filter Harmonisa…...……..……..….. 103
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN …....………..….. 104
5.1 Kesimpulan ……...……...………..….. 104
5.2 Saran ……...………..….. 106
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Diagram Satu Garis Sistem Kelistrikan ... 2
Gambar 2.1. Segitiga Daya Untuk Kebutuhan Daya Reaktif... 13
Gambar 2.2. Sudut Fasa Gelombang Tegangan dan Arus ... 16
Gambar 2.3. Sudut Fasa Gelombang Tegangan dan Arus Kondisi Harmonisa ... 17
Gambar 2.4. Gelombang Sinusoidal dan Terdistorsi ... 19
Gambar 2.5. Urutan Orde Harmonisa ... 19
Gambar 2.6. Arus Magnetisasi Non Linier Saturasi pada Saat Transformator Bekerja ... 22
Gambar 2.7. Bentuk Gelombang Tegangan Terdistorsi dengan Beban Non Linier .. 27
Gambar 2.8. Rangkaian Filter Pasif ... 33
Gambar 2.9. Jenis-jenis Filter Pasif ... 34
Gambar 2.10. Filter Pasif Single Tuned ... 35
Gambar 2.11. Rangkaian Komponen Filter Matrix ... 39
Gambar 2.12. Bentuk Gelombang Filter Matrix Pada Penyearah 6 Pulsa dan Filter Reactor Pada Penyearah 12 Pulsa dan 18 Pulsa ... 40
Gambar 2.13. Karakteristik Harmonisa Terhadap Beban ... 41
Gambar 2.14. Karakteristik Faktor Daya Terhadap Beban ... 41
Gambar 2.15. Spektrum Arus Harmonisa Sebelum di Filter ... 43
Gambar 2.16. Spektrum Arus Harmonisa Setelah di Filter ... 44
Gambar 2.17. Diagram Satu Garis Jaringan Beban Non Linier dengan Filter Matrix ... 45
Gambar 2.18. Rangkaian Ekivalen Sistem Dengan Filter Matrix ... 48
Gambar 2.19. Rangkaian Konversi Delta ke Bintang ... 48
Gambar 2.20. Rangkaian Ekivalen Setelah Konversi Rangkaian Delta ke Bintang .. 50
Gambar 2.21. Rangkaian Ekivalen Dengan Sumber Tegangan Harmonisa ... 51
Gambar 3.3. Diagram Alir Penelitian ... 58
Gambar 3.4. Spektrum Gelombang Harmonisa Tegangan Phasa L1, L2, L3 ... 63
Gambar 3.5. Spektrum Gelombang Harmonisa Arus Phasa L1, L2, L3 ... 64
Gambar 3.6. Grafik Harmonisa Tegangan Phasa L1, L2, L3 ... 65
Gambar 3.7. Grafik Harmonisa Arus Phasa L1, L2, L3 ... 65
Gambar 3.8. Grafik Interharmonik Tegangan Phasa L1, L2, L3 ... 66
Gambar 3.9. Grafik Interharmonik Arus Phasa L1, L2, L3 ... 66
Gambar 3.10. Grafik Impedansi Frekuensi Harmonisa ... 79
Gambar 3.11. Grafik Reaktansi Total Penggunaan Filter Matrix ... 84
Gambar 4.1. Simulasi Matlab/Simulink Tanpa Menggunakan Filter ... 86
Gambar 4.2. Gelombang Arus Hasil Simulasi Tanpa Menggunakan Filter ... 88
Gambar 4.3. Barchart Arus Harmonisa Hasil Simulasi Tanpa Menggunakan Filter 89 Gambar 4.4. Simulasi Matlab/Simulink Filter Pasif Single Tuned ... 89
Gambar 4.5. Gelombang Arus Hasil Simulasi Filter Pasif Single Tuned ... 91
Gambar 4.6. Barchart Arus Harmonisa Hasil Simulasi Filter Pasif Single Tuned .... 92
Gambar 4.7. Simulasi Matlab/Simulink Menggunakan Filter Matrix ... 93
Gambar 4.8. Gelombang Arus Hasil Simulasi Filter Matrix ... 93
Gambar 4.9. Barchart Arus Harmonisa Hasil Simulasi Filter Matrix ... 95
Gambar 4.10. Perbandingan Bentuk Gelombang Arus Hasil Simulasi ... 96
Gambar 4.11. Perbandingan Barchart Arus Harmonisa Hasil Simulasi ... 97
Gambar 4.12. Grafik Hasil Perbandingan Arus Harmonisa ... 99
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1. Data Pengukuran Harmonisa Beban Mesin Produksi ... 3
Tabel 1.2. Penelitian Filter Pasif ... 5
Tabel 2.1. Standar Harmonisa Tegangan IEEE 519 - 1992 ... 28
Tabel 2.2. Standar Harmonisa Arus IEEE 519 - 1992 ... 28
Tabel 2.3. THDi Individu Terhadap Reaktansi Sistem Sebelum Pemakaian Filter Matrix ... 42
Tabel 2.4. THDi Individu Terhadap Impedansi Filter Matrix ... 44
Tabel 3.1. Data Penggunaan Beban Listrik Pada Mesin Produksi ... 57
Tabel 3.2. Hasil Pengukuran dengan Alat Ukur Power Quality Analizer ... 62
Tabel 3.3. Data Perbandingan Standar Harmonisa Tegangan Per Phasa ... 70
Tabel 3.4. Data Perbandingan Standar Harmonisa Arus Per Phasa ... 71
Tabel 3.5. Hasil Perhitungan Nilai Filter Pasif Single Tuned ... 77
Tabel 3.6. Impedansi dan Parameter Filter ... 83
Tabel 4.1. Hasil Simulasi Tanpa Filter Harmonisa (IHDi %) ... 87
Tabel 4.2. Hasil Simulasi Dengan Filter Pasif Single Tuned (IHDi %) ... 90
Tabel 4.3. Hasil Simulasi Dengan Filter Matrix (IHDi %) ... 94
Tabel 4.4. Data Perbandingan Standar Harmonisa Arus Individual (IHDv%) ... 98
Tabel 4.5. Tingkat Penurunan Harmonisa Arus dengan Filter Pasif Single Tuned... 101
Tabel 4.6. Tingkat Penurunan Harmonisa Arus dengan Filter Matrix ... 102
Tabel 4.7. Perbandingan Nilai Parameter Filter ... 103
