ABSTRAKSI
ANALISIS DISTORSI HARMONIK PADA SISTEM DISTRIBUSI
DAN REDUKSINYA MENGGUNAKAN TAPIS HARMONIK
DENGAN BANTUAN ETAP POWER STATION 4 . 0
TUGAS AKHIR
Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Menyelesaikan Program Studi Strata 1 Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Muhamadiyah Surakarta
Disusun oleh :
MUKHSIN AKHSIN JAELANI NIM : D400 040 027
FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Pada penyaluran energi listrik dari tingkat pembangkit sampai tingkat beban,
seringkali terdapat gangguan–gangguan yang bisa berupa ketidak seimbangan
tegangan pada fasa, gangguan interkoneksi pada saluran transmisi maupun
distribusi, gangguan secara mekanis dan gangguan – gangguan lainnya. Salah satu
gangguan yang jarang sekali diperhatikan adalah gangguan karena adanya distorsi
harmonik pada sistem distribusi tenaga listrik.
Keberadaan harmonik dalam sistem tenaga listrik, secara substansial
membutuhkan penggunaan peralatan tertentu seperti alat pengontrol beban dan
alat-alat penghasil frekuensi lainnya. Fungsi dari peralat-alatan tersebut adalah untuk
mengetahui, mendeteksi dan mengawasi adanya distorsi harmonik pada sistem agar
bisa melihat sejauh mana tingkat kandungan distorsi harmonik yang terkandung
pada sebuah sistem. Apakah masih dalam batas toleransi yang di ijinkan oleh
lembaga insinyur listrik dan elektronika IEEE ( Institute of Electrical and
Electronics Engineers ) atau tidak, sehingga adanya distorsi harmonik tersebut tidak
menyebabkan terganggunya kinerja pada sebuah sistem, terutama pada sistem
distribusi.
Pertimbangan yang penting pada saat mengevaluasi adanya pengaruh
harmonik pada sebuah sistem distribusi adalah naiknya tegangan pada sebuah
tambahan rugi – rugi pada penghantar berupa panas, yang pada level tertentu bisa
menimbulkan gagalnya sebuah sistem isolasi.
Adanya distorsi bentuk gelombang arus dan tegangan pada sistem tenaga
listrik, sudah lama ada sejak dikenalnya keberadaan sistem tenaga AC (Alternating
Current). Pada saat ini, peralatan-peralatan yang menimbulkan harmonik telah
berkembang dengan pesat baik dari segi kualitas maupun kuantitas produknya.
Peralatan ini banyak menggunakan bahan semi konduktor seperti dioda, silicon
controlled rectifier (SCR), transistor dan peralatan semi konduktor lainnya. Bahan
semi konduktor inilah yang menyebabkan terjadinya distorsi arus dan tegangan,
karena antara tegangan yang masuk pada sistem tidak sebanding dengan tegangan
keluarannya atau mengalami distorsi.
Prinsip dasar harmonik adalah gangguan yang terjadi pada sistem distribusi
tenaga listrik akibat terjadinya distorsi gelombang arus dan tegangan. Pada
dasarnya, harmonik adalah gejala pembentukan gelombang- gelombang dengan
frekuensi berbeda yang merupakan perkalian bilangan bulat dengan frekuensi
dasarnya. Hal ini disebut frekuensi harmonik yang timbul pada bentuk gelombang
aslinya, sedangkan bilangan bulat pengali frekuensi dasar disebut juga orde
harmonik. Misalkan frekuensi dasar/ fundamental suatu sistem tenaga listrik adalah
50 Hz, maka harmonik kedua adalah gelombang dengan frekuensi sebesar 100 Hz,
harmonik ketiga adalah gelombang dengan frekuensi sebesar 150 Hz dan
seterusnya. Gelombang- gelombang ini kemudian menumpang pada gelombang
murni/asli sehingga terbentuk gelombang cacat yang merupakan jumlah antara
Abbreau et al (2003) mengamati bahwa pada sistem tenaga listrik terisolasi
yang terhubung dengan beban nonlinear akan menghasilkan arus harmonik yang
menyebabkan distorsi gelombang arus dan tegangan. Tegangan harmonik juga
dapat menyebabkan kenaikan arus pada penghantar netral sehingga mengakibatkan
kenaikan rugi-rugi daya (Carpinelli, 2004). Harmonik dapat menyebabkan
pemutusan beban yang sensitif, penurunan keakuratan alat ukur, kegagalan
kapasitor tenaga, pemanasan lebih pada transformator dan penghantar netral (Grady
and Santosa, 2001). Harmonik juga mempengaruhi biaya pemakaian energi listrik
(Talacek and Watson, 2002), resonansi dalam sistem tenaga listrik (Rao et al, 1998)
dan penurunan faktor daya listrik (Wolfe and Hurley, 2002).
Dengan adanya distorsi harmonik, maka perlu dipasang filter harmonik yang
fungsinya untuk mengurangi dan menekan semaksimal mungkin distorsi harmonik
tersebut. Tujuan pokok dari filter harmonik adalah untuk mereduksi amplitudo
gelombang pada frekuensi harmonik tertentu dari sebuah tegangan atau arus. Pada
sistem tenaga listrik yang bersifat dinamis, jika terjadi gangguan harus segera
dilakukan usaha untuk mengembalikan sistem kekondisi normal. Pada kondisi itu,
beban bisa diatur sedemikian rupa. Pada saat kondisi kritis/tegangan sistem
mengalami susut tegangan, kendala beban dapat diatasi namun kendala keamanan
sistem kadang tidak dapat diatasi. Kondisi ini dapat dikatakan sebagai kondisi
darurat, maka harus dikembalikan kekondisi normal dalam waktu yang sesingkat
mungkin dengan resiko pemadaman sesaat di wilayah yang sistem tenaga listriknya
mengalami kondisi kritis. Kondisi kritis merupakan suatu kondisi dimana pada
Untuk menghindari hal tersebut, perlu dilakukan prediksi untuk
memperkirakan kondisi pengoperasian dengan cara analisis aliran beban pada
sistem tenaga listrik saat kondisi normal. Kemudian dilakukan analisis harmonik
dengan menambahkan beban nonlinear sebagai sumber harmonik.
Seperti telah diketahui, bahwa fenomena bentuk gelombang tegangan dan
gelombang arus dalam sistem tenaga listrik AC, digambarkan sebagai gelombang
sinusoidal murni. Dengan perkembangan beban listrik yang semakin besar dan
komplek terutama penggunaan beban listrik tak linier, akan menimbulkan
perubahan pada bentuk gelombangnya. Beban linier adalah beban listrik yang
perilaku kerjanya tidak menyebabkan berubahnya bentuk gelombang sinusiodal
pada (frekuensi fundamental 50 Hz) dari sistem suplai arus bolak balik. Beban
nonlinier adalah beban listrik yang mendapat suplai daya dari sistem jaringan, tetapi
akan menyebabkan bentuk gelombang sistem suplai arus bolak-balik tidak
sinusiodal murni lagi. Distorsi pada bentuk gelombang arus dan tegangan suatu
sistem jaringan tenaga listrik bila melebihi limit yang di ijinkan, akan menimbulkan
kerugian pada sistem jaringan tersebut. Beban nonlinear yang terhubung pada
sistem distribusi, menjadi sumber dari adanya distorsi gelombang arus dan
tegangan, karena tersusun atas bahan-bahan semi konduktor, sehingga perlu
dilakukan pemasangan filter harmonik pada sistem distribusi tersebut.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang tersebut diatas, maka disusun suatu rumusan
1. Pengaruh nilai dan lokasi beban nonlinear terhadap distorsi harmonik
sistem.
2. Spektrum gelombang harmonik sebelum dan sesudah pemasangan filter
harmonik.
3. Pengaruh pemasangan filter harmonik terhadap distorsi harmonik, tegangan
dan rugi – rugi daya nyata untuk beban yang berbeda.
1.3. Batasan Masalah
Agar penulisan tugas akhir ini dapat terfokus dan bahasannya tidak terlalu
melebar serta sesuai dengan substansinya, maka dibatasi penulisan permasalahan
sebagai berikut:
1. Sistem distribusi yang di teliti adalah sistem distribusi 18 bus
2. Pemasangan jenis tipe beban nonlinear yang berbeda – beda pada beberapa
lokasi pembebanan.
3. Pengaruh beban nonlinear terhadap distorsi harmonik sistem.
4. Pemasangan filter harmonik pada beberapa lokasi pembebanan dan
mensimulasikannya dengan bantuan Software ETAP Power Station 4.0.0.
5. Membandingkan distorsi harmonik sebelum pemasangan filter harmonik
dengan setelah adanya pemasangan filter harmonik.
6. Membuat analisis dari hasil penelitian yang disertai diagram single line,
bentuk spektrum gelombang dan tabel.
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mengetahui spektrum gelombang harmonik sebelum dan sesudah
pemasangan filter harmonik.
2. Mengetahui pengaruh nilai dan lokasi beban nonlinear terhadap distorsi
harmonik sistem.
3. Mengetahui pengaruh pemasangan filter harmonik terhadap distorsi
harmonik, tegangan dan rugi – rugi daya nyata untuk beban yang berbeda.
1.5. Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dengan adanya penelitian ini antara lain:
1. Dengan adanya penelitian ini, diharapkan dapat menjadikan acuan untuk
membuat sebuah perangkat filter harmonik yang bisa meredam adanya
distorsi harmonik.
2. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan tambahan informasi tentang
Software ETAP Power Station sebagai program simulasi yang mempunyai
berbagai fasilitas yang mendukung untuk simulasi sebuah sistem, misalnya
untuk mengetahui nilai distorsi harmonik pada sebuah sistem, terutama pada
sistem distribusi.
3. Dengan adanya penelitian ini, diharapkan bisa menjadi acuan untuk
perencanaan sebuah sistem, terutama sistem distribusi yang sebelumnya
sudah disimulasikan terlebih dahulu sebelum diasumsikan dalam
hal perawatan, pemeliharaan dan juga dalam hal perbaikan jika suatu saat
mengalami gangguan.
1.6. Metode penelitian
Dalam penyusunan tugas akhir ini, metode penelitian yang akan di lakukan
diantaranya:
1. Pengambilan data
Data yang digunakan untuk penelitian ini adalah berupa data sistem
jaringan distribusi dan data pendukung lainnya :
a. Data sistem jaringan distribusi
Merupakan data yang sudah ada untuk di simulasikan dengan
program ETAP Power Station versi 4.0.0, yang berupa parameter bus/
rel, penghantar/feeder, kapasitor, juga parameter beban non linear yang
akan dijadikan sebagai sumber harmonik pada sistem jaringan distribusi.
b. Data pendukung
Berupa studi literatur, dalam hal ini dilakukan dengan mempelajari
berbagai referensi yang memuat masalah aliran beban, masalah distorsi
harmonik dan acuan referensi lain yang masih berkaitan dengan
penelitian yang sedang dilakukan.
2. Analisis data
Analisis data dilakukan setelah mendapatkan hasil dari simulasi
Software ETAP. Dari hasil tersebut dapat diketahui besarnya pengaruh
gelombangnya, sehingga diharapkan bisa dipelajari cara untuk mengatasi
adanya distorsi harmonik tersebut. Analisis harmonik dilakukan setelah
mendapatkan data hasil dari simulasi aliran beban. Analisis ini dilakukan
dengan cara membuat variasi pemasangan filter harmonik setelah sistem
distribusi tersebut mengalami distorsi harmonik.
Pada penelitian ini, disimulasikan suatu kasus dimana pada sistem
jaringan distribusi diberikan sumber harmonik berupa beban nonlinear.
Penelitian ini juga menggunakan komponen filter harmonik yang fungsinya
untuk mengurangi distorsi harmonik tersebut, sehingga diperoleh suatu
jaringan distribusi dengan tegangan yang lebih stabil, bentuk gelombang
arus dan tegangan yang sinusoidal, serta mempunyai nilai distorsi harmonik
(THD) yang kecil.
Tahapannya dibagi dalam 3 kondisi/ studi kasus:
1. Studi kasus pertama : simulsai sistem distribusi 18 bus tanpa beban
nonlinear maupun filter harmonik
2. Studi kasus kedua : simulasi sistem distribusi 18 bus dengan
penambahan type beban nonlinear yang berbeda-beda pada bus
tertentu
3. Studi kasus ketiga : simulasi sistem distribusi 18 bus dengan type
beban nonlinear yang berbeda dengan penambahan filter harmonik.
Konsultasi dilakukan dengan dosen pembimbing yang telah diminta
oleh penulis dan konsultasi bimbingan dilakukan selama proses penyusunan
Tugas Akhir.
1.7. Sistematika Penulisan
Penulisan tugas akhir ini menggunakan sistematika yang tersusun dalam
beberapa bab yaitu:
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini berisi tentang latar belakang penelitian, perumusan masalah,
pembatasan masalah, maksud dan tujuan penelitian, manfaat dari
penelitian, serta sistematika penulisan yang di lakukan.
BAB II : LANDASAN TEORI
Bab ini didasarkan pada studi literatur yang berisi tentang teori studi
aliran beban, teori harmonik dan juga membahas data-data yang
dibutuhkan untuk analisis, gambaran dari sistem tenaga listrik yang
digunakan untuk analisis dan perancangan, serta contoh hasil analisis
yang disertai bentuk single line, bentuk spektrum gelombang dan
tabel.
BAB III : METODE PENELITIAN
Bab ini membahas tata cara pelaksanaan analisis dan perancangan,
dimulai dari bahan dan perlengkapan pendukung yang harus
disiapkan, tahap yang harus dilakukan sampai akhir penelitian.
Bab ini berisi tentang hasil penelitian yang telah dilakukan
menggunakan program ETAP Power Station dan pembahasan hasil
simulasi sistem distribusi 18 bus standar IEEE ( Institute of
Electrical and Electronics Engineers ) serta hasil dari simulasi yang
disertai bentuk single line, bentuk spektrum gelombang dan tabel.
BAB V : PENUTUP
Bab ini berisi kesimpulan dan saran pengembangan penelitian untuk
penelitian serupa dimasa yang akan datang.
