ix DAFTAR ISI
JUDUL ... i
LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS ... ii
LEMBAR PRASYARAT GELAR SARJANA ... iii
LEMBAR PENGESAHAN ... iv
UCAPAN TERIMAKASIH ... v
ABSTRAK ... vii
ABSTRACT ... viii
DAFTAR ISI ... ix
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xv
DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG ... xvii
DAFTAR LAMPIRAN ... xviii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Rumusan Masalah ... 3 1.3 Tujuan ... 3 1.4 Manfaat ... 3 1.5 Batasan Masalah ... 4
BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ... 5
2.2 Tinjauan Pustaka ... 7
2.2.1 Transformator ... 7
2.2.1.1 Jenis Jenis Transformator ... 8
2.2.1.2 Konstruksi Transformator ... 10
2.2.1.3 Prinsip Kerja Transformator ... 11
2.2.1.4 Rasio Hubung Singkat ... 12
2.2.2 Rugi-rugi dan Efisiensi Transformator ... 14
2.2.2.1 No-Load Loss ... 14
x
2.2.2.3 Total Loss Energy ... 16
2.2.2.4 Efisiensi Transformator ... 16
2.2.3 Kualitas Daya Listrik (Power Quality) ... 17
2.2.4 Harmonisa ... 18
2.2.4.1 Beban Linier ... 19
2.2.4.2 Beban Non Linier ... 20
2.2.4.3 Total Distorsi Harmonisa ... 21
2.2.4.4 Fast Fourier Transform (FFT) ... 25
2.2.4.5 Prosedur Studi Harmonisa ... 26
2.2.5 Standar Harmonisa pada Sistem Tenaga Listrik ... 28
2.2.5.1 Standar VTHD pada Sistem Tenaga ... 28
2.2.5.2 Standar ITHD Arus pada Tegangan 120 V sampai 69 kV ... 29
2.2.6 Pengaruh Harmonisa pada Transformator ... 29
2.2.6.1 Perhitungan Losses pada Transformator Akibat Harmonisa ... 31
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian ... 33
3.2 Sumber da Jenis Data Penelitian ... 33
3.2.1 Sumber Data ... 33
3.2.2 Jenis Data ... 33
3.3 Tahapan Penelitian ... 34
3.4 Analisis Data ... 35
3.5 Bahan Penelitian ... 36
3.6 Pemodelan dan Simulasi ... 37
3.7 Alur Analisis ... 44
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Sistem Kelistrikan di RSUD Kabupaten Klungkung ... 45
4.2 Hasil Pengukuran Daya Aktif ... 48
4.3 Hasil Pengukuran THD di RSUD Kabupaten Klungkung . 49 4.4 Pemodelan dan Simulasi THD pada Simulink Matlab ... 50
xi
4.4.1 Pemodelan Sistem ... 50 4.4.1.1 Pemodelan Sumber Tiga Phasa
(Three-Phase Source) ... 51 4.4.1.2 Pemodelan Beban Nonlinier pada
Transformator 1 ... 54 4.4.1.3 Pemodelan Beban Nonlinier pada
Transformator 2 ... 56 4.4.2 Hasil Simulasi THD ... 58 4.4.2.1 Hasil Simulasi THD pada Transformator 1 . 58 4.4.2.2 Hasil Simulasi THD pada Transformator 2 . 61 4.4.3 Perbandingan THD Antara Hasil Pengukuran
dengan Simulasi ... 63 4.5 Analisis THD Berdasarkan IEEE Standard 519-2014 ... 65
4.5.1 Analisis VTHD Berdasarkan IEEE Standard
519-2014 ... 65 4.5.2 Analisis ITHD Berdasarkan IEEE Standard
519-2014 ... 66 4.6 Analisis Losses Transformator RSUD Kabupaten
Klungkung ... 69 4.6.1 Analisis Losses Transformator Tanpa Pengaruh
Harmonisa ... 69 4.6.2 Analisis Losses Transformator Akibat Pengaruh
Harmonisa ... 74 4.6.2.1 Analisis Losses Akibat Pengaruh
Harmonisa pada Transformator 1 ... 74 4.6.2.2 Analisis Losses Akibat Pengaruh
Harmonisa pada Transformator 2 ... 78 4.6.3 Perbandingan Losses Transformator ... 81 4.7 Analisis Efisiensi Transformator RSUD Kabupaten
Klungkung ... 83 BAB V PENUTUP
xii
5.1 Simpulan ... 86
5.2 Saran ... 86
DAFTAR PUSTAKA ... 87
vii
Abstrak
Timbulnya harmonisa pada sistem tenaga listrik disebabkan karena pengoperasian beban listrik nonlinier sehingga gelombang yang semula berbentuk sinusoidal murni menjadi tidak sinusoidal lagi akibat terdistorsi oleh harmonisa. Harmonisa adalah pembentukan gelombang-gelombang yang merupakan kelipatan dari frekuensi fundamentalnya. Tingkat harmonisa atau disebut dengan Total Harmonic Distortion (THD) pada transformator berpotensi menimbulkan terjadinya peningkatan losses sehingga berpengaruh terhadap efisiensi dari transformator.
Dalam penelitian ini dilakukan pengukuran THD pada dua transformator yang terpasang di RSUD Kabupaten Klungkung yang kemudian dibandingkan dengan hasil simulasi THD pada simulink MATLAB. Berdasarkan hasil pengukuran dan simulasi diketahui bahwa VTHD pada kedua transfomator masih sesuai standar
IEEE 519-2014, sedangkan ITHD diketahui tidak sesuai dengan standar IEEE
519-2014. Dua transformator di RSUD Kabupaten Klungkung akan dilakukan analisis losses tanpa pengaruh harmonisa dan losses akibat pengaruh harmonisa, serta analisis efisiensi transformator.
Losses tanpa pengaruh harmonisa pada transformator 1 yaitu sebesar 0,62kW, dan pada transformator 2 yaitu sebesar 0,5kW. Akibat adanya pengaruh harmonisa sehingga menyebabkan terjadinya peningkatan losses pada transformator 1 menjadi 8,885kW, dan pada transformator 2 menjadi 4,826kW. Berdasarkan hasil analisis losses tanpa pengaruh harmonisa sehingga diperoleh hasil perhitungan efisiensi pada transformator 1 yaitu sebesar 99,654%, dan pada transformator 2 yaitu sebesar 99,736%. Namun terjadinya peningkatan losses akibat pengaruh harmonisa sehingga menyebabkan terjadinya penurunan efisiensi pada transformator 1 menjadi 95,048%, dan pada transformator 2 menjadi 97,452%.
viii
Abstract
The rise of harmonic on the power system caused by non linear load operation therefore the wave which initially in pure sinusoids shaped become not sinusoids anymore due to harmonic distortion. Harmonic is the establishment of waves that is the multiplication of the fundamental frequency. Harmonic level or called as Total Harmonic Distortion (THD) on transformer potentially cause the increase of losses therefore will be influential on the efficiency of the transformer.
In this study was conducted measurement of the THD on two transformers that were installed on RSUD Klungkung which then compared with the result of a THD simulation on simulink MATLAB. Based on the result of measurement and simulation, it was known that the VTHD on both transformers still meet the IEEE
519-2014 standard, while the ITHD do not meet the IEEE 519-2014 standard. Two
transformers in RSUD Klungkung will be analyzed of the losses without the influence of harmonic, and losses with the influence of harmonic, as well as the transformer efficiency analysis.
Based on the losses analysis without the influence of harmonic, the obtained losses in transformer 1 is 0.62kW, and in transformer 2 is 0.5kW. Due to the influence of harmonic causing the increase of losses in transformer 1 to be 11.89kW, and in transformer 2 to be 7.35kW. Based on the results of losses analysis without the influence of harmonic, the obtained efficiency calculation result on transformer 1 is 99.654%, and in transformer 2 is 99.736%. However the increase of losses as the effect of harmonic influence caused the decline of efficiency on transformer 1 to be 95.048%, and in transformer 2 to be 97,452%.
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Transformator merupakan peralatan listrik statis yang sangat penting perannya dalam sistem tenaga listrik. Transformator berfungsi sebagai penurun tegangan (step-down) dari tegangan tinggi ke tegangan rendah maupun sebaliknya. Terdapat beberapa faktor yang menimbulkan gangguan teknis pada transformator yaitu seperti interruption, sag, swells, undervoltage, overvoltage, voltage imbalance, voltage fluctuation, dan waveform distortion. Gangguan waveform distortion (distorsi gelombang) yang terjadi pada transformator salah satunya dapat disebabkan oleh distorsi harmonisa. Harmonisa yang timbul pada transformator disebabkan oleh penggunaan beban-beban listrik dalam jumlah yang besar khususnya beban nonlinier. Kualitas daya listrik suatu transformator menjadi hal penting yang harus dijaga karena melayani banyak beban-beban listrik yang menuntut kualitas daya listrik sebaik mungkin untuk kelancaran operasional suatu konsumen. Saat ini permasalahan terkait dengan harmonisa menjadi hal yang perlu diwaspadai karena memberikan implikasi negatif terhadap sistem seiring dengan semakin berkembangnya peralatan-peralatan listrik nonlinier. Salah satu contohnya yaitu sarana publik seperti Rumah Sakit Umum Daerah (RSUD) Kabupaten Klungkung dengan pengoperasian peralatan-peralatan medis yang merupakan beban nonlinier. Beban nonlinier memiliki bentuk gelombang yang tidak sinusoidal karena telah terdistorsi oleh harmonisa yang ditimbulkan akibat penggunaan perangkat static switching seperti diode, thyristor, mosfet yang banyak digunakan pada peralatan rumah sakit seperti komputer, pendingin ruangan (AC), mikroskop, dialyzer, hematology analyzer, blood analyzer, dan berbagai peralatan medis lainnya (Dugan, 2004).
Tingkat distorsi gelombang akibat harmonisa yang terjadi pada sistem tenaga listrik disebut dengan Total Harmonic Distortion (THD) yang umumnya dinyatakan dalam satuan persen (%). Tingkat THD pada transformator yang tinggi sehingga melebihi standar yang ditetapkan dapat dikategorikan sebagai gangguan
2
sistem karena dapat menimbulkan implikasi negatif terhadap transformator seperti terjadinya overheating (pemanasan berlebih), terjadinya peningkatan losses (rugi-rugi). Semakin besar THD-nya maka semakin besar losses (rugi-rugi) pada saluran sehingga efisiensi transformator akan semakin menurun (Harlow, 2004).
Berdasarkan penelitian – penelitian sebelumnya yang terkait dengan harmonisa menyimpulkan bahwa komponen harmonisa dapat menyebabkan terjadinya peningkatan rugi-rugi daya (losses) pada transformator saat bekerja melayani beban non linier. Semakin tinggi THD pada sistem maka semakin tinggi pula peningkatan losses pada transformator. Berbeda halnya dengan penelitian sebelumnya dimana analisis dilakukan di lingkungan kampus, namun pada penelitian ini penulis melakukan penelitian di rumah sakit umum yang tentunya memiliki karakteristik beban yang berbeda untuk mengetahui seberapa besar THD yang timbul akibat pengoperasian peralatan-peralatan medis. Penelitian akan dilakukan pada RSUD Kabupaten Klungkung karena di sana merupakan sarana publik dengan pengoperasian beban non linier hampir 24 jam dalam jumlah yang besar. Sistem kelistrikan RSUD Kabupaten Klungkung memiliki 2 buah transformator distribusi 20kV/400V dengan kapasitas masing-masing sebesar 200kVA. Kedua transformator tersebut masing-masing memiliki 1 buah MDP (Main Distribution Panel) yang kemudian dibagi dalam 18 buah SDP (Sub-Distribution Panel). Dalam penelitian ini dilakukan pengukuran THD baik tegangan maupun arus saat beban puncak pada tiap-tiap SDP yang terpasang. Hasil pengukuran yang diperoleh akan dibandingkan dengan standar IEEE 519 tahun 2014 yang dijadikan sebagai acuan analisis. Setelah dilakukan pengukuran awal diketahui bahwa VTHD pada transformator 1 yaitu sebesar 1,51%, dan pada
transformator 2 yaitu sebesar 1,78%. Sedangkan ITHD pada transformator 1 yaitu
sebesar 16,73%, dan pada transformator 2 yaitu sebesar 13,04%. Berdasarkan standar IEEE 519 tahun 2014 bahwa batasan VTHD yang diperbolehkan pada
sistem dengan tegangan nominal di bawah 1kV yaitu sebesar 8% sehingga diketahui bahwa VTHD pada transformator 1 maupun transformator 2 yang terukur
masih sesuai dengan standar yang ditetapkan. Sedangkan untuk menentukan batasan ITHD harus dilakukan perhitungan rasio hubung singkatnya (SCratio)
3
terlebih dahulu. Dari hasil perhitungan rasio hubung singkat yang telah dilakukan diketahui bahwa SCratio-nya yaitu sebesar 25,07. Dengan SCRatio sebesar 25,07
maka batasan ITHD yang diperbolehkan pada sistem berdasarkan standar IEEE 519
tahun 2014 yaitu sebesar 8% sehingga diketahui bahwa ITHD pada transformator 1
maupun transformator 2 yang terukur tidak sesuai dengan standar. Tingginya tingkat ITHD yang diketahui telah melewati standar akan dilakukan analisis
pengaruhnya terhadap losses yang dialami transformator akibat pengaruh harmonisa. Setelah diperoleh losses maka dapat dihitung efisiensi transformator distribusi 200kVA di RSUD Kabupaten Klungkung. Analisis yang dilakukan pada penelitian ini disimulasikan dengan menggunakan perangkat lunak Simulink MATLAB.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan permasalahan harmonisa yang dimuat dalam latar belakang di atas maka dapat dirumuskan masalah sebagai berikut :
1. Seberapa besar transformator RSUD Kabupaten Klungkung mengalami peningkatan losses akibat terpengaruh harmonisa ?
2. Seberapa besar efisiensi transformator RSUD Kabupaten Klungkung akibat adanya peningkatan losses ?
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari dilakukannya penelitian ini yaitu untuk mengetahui pengaruh THD terhadap losses yang dialami transformator serta kaitannya dengan efisiensi dari transformator RSUD Kabupaten Klungkung.
1.4 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini yaitu dapat memberikan informasi kepada masyarakat pada umumnya dan mahasiswa teknik elektro pada khususnya tentang harmonisa yang timbul pada sistem tenaga listrik dan analisis pengaruhnya terhadap losses dan efisiensi dari transformator RSUD Kabupaten Klungkung. Dengan adanya informasi ini maka nantinya dapat memberikan
4
pertimbangan dalam upaya-upaya untuk menanggulangi timbulnya harmonisa serta dampak negatif yang diakibatkan pada sistem tenaga listrik. Hasil dari penelitian ini dapat dijadikan sebagai acuan dalam penelitian-penelitian lainnya sehingga dapat memberikan kontribusi positif terhadap pengembangan keandalan sistem tenaga listrik khususnya permasalahan yang berkaitan dengan harmonisa pada sistem tenaga listrik.
1.5 Batasan Masalah
Adapun beberapa batasan analisis yang digunakan untuk menyelesaikan masalah dalam penelitian ini, antara lain :
1. Dalam penelitian ini analisis yang dilakukan sebatas pada data hasil pengukuran dan data beban di RSUD Kabupaten Klungkung.
2. Data yang diukur lebih dikhususkan pada tegangan, daya nyata, daya aktif, cos φ, serta tingkat VTHD dan ITHD pada tiap-tiap SDP yang
terpasang.
3. Standar yang digunakan sebagai acuan analisis yaitu standar IEEE 519 2014.
4. Pembahasan yang dilakukan sebatas pada losses transformator tanpa pengaruh harmonisa dan losses transformator akibat terpengaruh harmonisa serta kaitannya dengan efisiensi transformator.
5. Analisis losses dan efisiensi dilakukan pada kedua transformator yang terpasang di RSUD Kabupaten Klungkung.
6. Simulasi harmonisa menggunakan perangkat lunak Simulink MATLAB dengan menggunakan Fast Fourier Transform (FFT) Tools.
7. Simulasi yang dilakukan pada Simulink MATLAB diasumsikan sistem dalam keadaan beban yang seimbang.
