menurunkan tingkat arus harmonisa pada sistem …

MENURUNKAN TINGKAT ARUS MENURUNKAN TINGKAT ARUS

HARMONISA PADA SISTEM HARMONISA PADA SISTEM

TENAGA LISTRIK DENGAN TENAGA LISTRIK DENGAN

FILTER PASIF FREKUENSI FILTER PASIF FREKUENSI

TUNGGAL ( TUNGGAL ( SINGLESINGLE--TUNEDTUNED ))

MENURUNKAN TINGKAT ARUS MENURUNKAN TINGKAT ARUS

HARMONISA PADA SISTEM HARMONISA PADA SISTEM

TENAGA LISTRIK DENGAN TENAGA LISTRIK DENGAN

FILTER PASIF FREKUENSI FILTER PASIF FREKUENSI

TUNGGAL ( TUNGGAL ( SINGLESINGLE--TUNEDTUNED ))TUNGGAL ( TUNGGAL ( SINGLESINGLE--TUNEDTUNED ))TUNGGAL ( TUNGGAL ( SINGLESINGLE--TUNEDTUNED ))

Nama : Marsya Christalia LesnussaNama : Marsya Christalia Lesnussa

NRPNRP : 234: 2340504205042

LATAR BELAKANG MASALAHLATAR BELAKANG MASALAHLATAR BELAKANG MASALAHLATAR BELAKANG MASALAH

Harmonisa merupakan gangguan yang terjadi pada sistem distribusi tenaga listrik akibat terjadinya distorsi gelombang arus dan tegangan.

Penggunaan peralatan yang mempunyai karakteristik non linier menyebabkan timbulnya harmonisanon linier menyebabkan timbulnya harmonisa

Keberadaan Arus harmonisa dalam sistem tenaga listrik tidak dapat dihilangkan.

Salah satu cara untuk menurunkan kandungan arus harmonisa adalah dengan filter pasif frekuensi tunggal.

PERUMUSAN MASALAHPERUMUSAN MASALAHPERUMUSAN MASALAHPERUMUSAN MASALAH

Bagaimana menurunkan Total Harmonic Distortion (THD) arus dengan Filter Pasif Frekuensi Tunggal (Single-Tuned) yang disusun secara resonansi seri dan resonansi paralel.

Bagaimana cara menentukan kapasitas filter pasif untuk mereduksi arus harmonisa yang mengalir ke sumber sistem daya

Membandingkan hasil unjuk kerja resonansi seri dan resonansi paralel dalam menurunkan THD

TUJUAN TUGAS AKHIRTUJUAN TUGAS AKHIRTUJUAN TUGAS AKHIRTUJUAN TUGAS AKHIR

Tujuan dari tugas akhir ini adalah untuk

mengetahui seberapa besar pengaruh dari filter

pasif terhadap penurunan Total Harmonic Distortion

pada sistem tenaga listrik

RUANG LINGKUP PEMBAHASAN

Data yang digunakan untuk penelitian adalah

data sekunder (data dari buku TA Hendra Lokito,

Handoko, dan Eko Hadiwibowo serta data dari

laporan KP Melinda dan Hartanto).

Pembahasannya dilakukan dengan simulasi Pembahasannya dilakukan dengan simulasi

menggunakan software ETAP

DASAR TEORI

Perkembangan beban listrik yang semakin besar dan komplek, serta pemakaian komponen semikonduktor dalam konversi energi listrik seperti peralatan converter, inverter, dan lain-lain yang merupakan beban non-linier akan menimbulkan perubahan bentuk gelombang aslinya, yang disebabkan oleh interaksi antara bentuk gelombang sinusoidal sistem dengan antara bentuk gelombang sinusoidal sistem dengan

komponen gelombang lain.

Distorsi harmonik memberikan kerugian berupa penurunan kualitas sistem tenaga listrik antara lain, terjadi pemanasan pada peralatan, penurunan faktor daya, masalah resonansi dan lain-lain. Untuk meningkatkan kualitas sistem tenaga listrik maka distorsi harmonik harus ditekan seminimal mungkin

HARMONISA

Definisi Harmonisa:Harmonisa merupakan suatu fenomena yang timbul akibat

pengoperasian beban listrik non linier sehingga terbentuklah

gelombang frekuensi tinggi yang merupakan kelipatan dari

frekuensi fundamentalnyafrekuensi fundamentalnya

PENGARUHPENGARUHPENGARUHPENGARUH HARMONISAHARMONISAHARMONISAHARMONISA

Efek utama dari tegangan dan arus harmonisa di

dalam sistem tenaga adalah:

Penambahan tingkat harmonisa akibat dari resonansi

hubungan seri dan pararel.

Penurunan efisiensi pada daya generator, transmisi Penurunan efisiensi pada daya generator, transmisi

dan pemakaiannya.

Interferensi dengan rangkaian-rangkaian telepon

(telekomunikasi) dan pemancar karena arus

harmonisa urutan nol.

Kesalahan-kesalahan pada meter-meter piringan

putar pengukur energi.

STANDART HARMONISA STANDART HARMONISA STANDART HARMONISA STANDART HARMONISA

Berdasarkan IEEE Standard 519-1992

Tabel 2.1. Current Distortion Limits untuk General Distribution

System

Maximum Harmonics Current Distortion In % IL

Individual Harmonic Order (Odd Harmonics)Individual Harmonic Order (Odd Harmonics)

Isc/ IL < 11 11=<h<17 17=<h<23 23=<h<35 35=<h THD

<20 4 2 1.5 0.6 0.3 5

20-50 7 3.5 2.5 1 0.5 8

50-100 10 4.5 4 1.5 0.7 12

100-

1000

12 5.5 5 2 1 15

>1000 15 7 6 2.5 1.4 20

Voltage at PCC Individual Voltage Distortion

(%)

Total Harmonic Distortion THD

(%)

69 kV and below 3.0 5.0

Tabel 2.2. Voltage Distortion Limits

69 kV – 161 kV 1.5 2.5

161 kV 1.0 1.5

FILTER PASIFFILTER PASIFFILTER PASIFFILTER PASIF

Filter pasif merupakan konfigurasi rangkaian RLC (resistor,

induktor, kapasitor) dan di-tune untuk mengontrol harmonisa

Ada beberapa teknik yang dapat digunakan untuk

menurunkan tingkat arus harmonisa, yaitu dengan filter

pasif frekuensi tunggal (Single-Tuned) maupun multi pasif frekuensi tunggal (Single-Tuned) maupun multi

frekuensi (Multiple-Tuned).

KOMPONEN FILTERKOMPONEN FILTERKOMPONEN FILTERKOMPONEN FILTER

Kapasitor Untuk mencari besarnya kapasitor yang dibutuhkan adalah:

Untuk mencari tegangan kapasitor, dapat digunakan rumus

CXC

ω

1=

Untuk mencari tegangan kapasitor, dapat digunakan rumus

sebagai berikut:

Untuk mencari impedansi harmonisa ke-h, dapat

menggunakan rumus sebagai berikut:

)(hChC XIV ×=

h

XX C

hC =)(

KOMPONEN FILTERKOMPONEN FILTERKOMPONEN FILTERKOMPONEN FILTER

Induktor

Induktor yang digunakan dalam rangkaian filter dirancang

untuk mampu menahan frekuensi tinggi yaitu skin effect dan

rugi-rugi histerisis.

Untuk mencari besar induktor yang dibutuhkan adalah: Untuk mencari besar induktor yang dibutuhkan adalah:

Untuk mencari impedansi induktor pada harmonisa ke-h,

dapat digunakan rumus sebagai berikut:

XL(h) = h × XL

2h

XX C

L =

Untuk mencari arus harmonisa beban:

I harmonisa beban =kV

kVApuI h

×3)(

PENGUMPULAN DATAPENGUMPULAN DATAPENGUMPULAN DATAPENGUMPULAN DATA

Sumber Pembangkit Listrik

P.T. Yanaprima Hastapersada mendapatkan suplai listrik

dari 2 Gardu Induk, yaitu dari Gardu Induk Sidokepung

dan Gardu Induk Tulangan.

Suplai dari PLN akan masuk ke transformator step down,

dari tegangan tinggi (20 kV), masuk ke 3 buah dari tegangan tinggi (20 kV), masuk ke 3 buah

transformator yang digunakan untuk menurunkan

tegangan menjadi 400 V. Adapun daya masing-masing

transformator adalah 2000 kVA, 1000 kVA dan 1250 kVA.

Spesifikasi TransformatorTabel 3.1. SpesifikasiTransformator1

Phase 3

Frekuensi 50

kVA 2000

Volt HV 20000

LV 400

Ampere HV 57,73Ampere HV 57,73

LV 2886,75

Impedance 6%

BIL (kV) HV LI 125 AC50 / LI AC3

Order no. STK 405796

Serial no. 9630776

Year of manufacture 1996

Standard IEC-76

Type of cooling ONAN

Vector Group Dyn-5

Oil (Diala B) 1480 Liter

Spesifikasi Transformator

Tabel 3.1. Spesifikasi Transformator 1 (sambungan)

Transformator

weight

5210 kg

HV Tap Voltage

21000

20500

20000

19500

19000


Tabel 3.2. Spesifikasi Transformator 2

Phase 3

Frekuensi 50

kVA 1000

Volt HV 20000

LV 400LV 400

Ampere HV 28,86

LV 1443,37

Impedance 5%


Order no. V2-460

Serial no. 231522


Standard IEC-76




Vector Group Dyn-5

Oil (Diala B) 817 LiterOil (Diala B) 817 Liter

Transformator weight3000 kg

HV Tap Voltage

22000

21000

20000

19000

18000


Tabel 3.3. Spesifikasi Transformator 3

Phase 3

Frekuensi 50

kVA 1250

Volt HV 20000Volt HV 20000

LV 400

Ampere HV 36

LV 1804,2

Impedance 5,5%




Order no. STK 005198

Serial no. 9630776


Standard IEC-76


Type of cooling

Vector Group Dyn-5

Oil (Diala B) 920 Liter

Transformator weight 920 Liter

HV Tap Voltage

21000

20500

20000

19500

19000

Data Hasil PengukuranData Hasil PengukuranData Hasil PengukuranData Hasil Pengukuran

Hasil Pengukuran tegangan, arus, frekuensi, cos phi, dan daya,

dapat dilihat pada tabel 3.4. Data Pengukuran (lihat: bab 3,

hal.25-27)

Data hasil pengukuran 3 fasa yang dilakukan pada SDP PP1 dapat

dilihat pada:

Tabel 3.5. Data Pengukuran 3 Fasa Pada Fasa R (bab 3, hal.28)Tabel 3.5. Data Pengukuran 3 Fasa Pada Fasa R (bab 3, hal.28)

Tabel 3.6. Data Pengukuran 3 Fasa Pada Fasa S (bab 3, hal.29)

Tabel 3.7. Data Pengukuran 3 Fasa Pada Fasa T (bab 3, hal.30)

Berdasarkan tabel 3.4. jumlah daya aktif pada PP1, PP2 dan PP7

adalah sebesar 1046.6 kW, sedangkan untuk daya reaktif adalah

sebesar 902.24 kVAR.

∑ P1,2,7 = 1046.6 kW

∑ Q1,2,7 = 902.24 kVAR∑ Q1,2,7 = 902.24 kVAR

P = S x cos Θ

Q = S x sin Θ

∑∑

Ρ

QΘ=

Θ

Θ= tg

S

S

cos

sin

tg Θ = 0.862

Θ = arc tg 0.862

Θ = 40.76

862.06.1046

24.902=

Θ = 40.76

Cos Θ = 0.75

Jadi faktor daya awal adalah 0.75

Sedangkan berdasarkan data dari Gambar 3.1. maka besar kVA

terpasang adalah 1391 kVA.

Sistem Suplai Listrik P.T. Yanaprima Hastapersada

PERENCANAAN FILTER DAN ANALISAPERENCANAAN FILTER DAN ANALISAPERENCANAAN FILTER DAN ANALISAPERENCANAAN FILTER DAN ANALISA

Perhitungan Total Harmonic Distortion (THD)

Perhitungan ITHD.

Diasumsikan bahwa spektrum harmonisa PP1, PP2 dan PP7

sama, karena itu perhitungan THDi disederhanakan dengan

menggunakan persentasi arus rms sesuai tabel 3.7. pengukuran

pada fasa T pada fasa T

1

2

2

I

I

I

k

k

n

THD

∑=

=

1

2

31

2

4

2

3

2

2

2 .....

I

IIIII DC ++++

9471.0

0041,0.....0061.00392.00086.00067.0 22222 +++++

9471.0

10169077.0

=

=

= = 33,67 %

Perhitungan VTHD.

Berdasarkan tabel 3.7. pengukuran pada fasa T

2

2

V

V

V

k

k

n

THD

∑=

=1V

V THD =

1

2

31

2

4

2

3

2

2

2 ....

V

VVVVVDC ++++

9999.0

001,0....0021.00003.00006,0 2222 ++++

9999.0

0003189.0

=

=

= = 1,78 %

Perhitungan Kapasitas Filter Pasif untuk Mereduksi Arus

Harmonisa yang mengalir ke Sumber Sistem Tenaga

Listrik.

Impedansi hubung singkat saluran 20 kV ke 400V

Resistansi sumber

15.0

500

400

=

=

=

ϕCos

MVAP

VU

SC

15.0=ϕCos

3

11 10. −= ϕCosZRSCP

UZ

2

1 =

05.01015.0500

400 32

1 =××= −R

dengan:

mΩ

Reaktansi sumber

3

11 10.

98.0

−=

=

ϕ

ϕ

SinZX

Sin

4002

31.01098.0500

400 32

1 =××= −X mΩ

Resistansi transformator

kVAS

VU

WWC

2000

400

21000

=

=

=

3

2

2

2 10−××

=S

UWR C

84.0102000

40021000 3

2

2

2 =××

= −R

89.084.005.021 =+=+= RRRhs

mΩ

mΩ

Reaktansi transformator:

2

2

2

22 RZX −=S

UU SC

2

100×

2

dengan: Z =

( ) 72.484.02000

400

100

6 2

22

2 =−

×=X

03.572.431.021 =+=+= XXX hs

mΩ

mΩ

03.589.0 jjXRZ hshshs +=+= mΩ

Menentukan kapasitas efektif daya reaktif filter(Rumus. 2.6):

Qeff = S x [sin(arc cos pf0) – sin(arc cos pf1)

Qeff = 1391 x [sin(arc cos 0.75) – sin(arc cos 0.95)

Qeff = 1391 x (0.661 – 0.312)Qeff = 1391 x (0.661 – 0.312)

Qeff = 485.459 kVAR

Menentukan frekuensi tuning filter

Menurut IEEE 1531-2003 filter harmonisa frekuensi

tunggal, pemilihan frekuensinya ditentukan 3%-15%

dibawah frekuensi yang ditentukan.

Jadi frekuensi tuning filter adalah 3% dari 250 hz

(frekuensi harmonisa ke-5) hasilnya (f5) = 243 hz, dan

nilai penalaannya (h) adalah 4.86

Menentukan reaktansi efektif filter (Rumus. 2.7):

eff

effQ

VX

2

=effQ

)(459.485

)(4.0 2

kVAR

kVX eff =

3295.0=effX Ω

Menentukan reaktansi kapasitif dan reaktansi induktif

pada frekuensi fundamental (Rumus. 2.8):

effC Xh

hX ⋅

−=

12

2

)1(h

−12

3295.0186.4

86.42

2

)1( ⋅

−=CX

Ω= 3440.0)1(CX

• Tentukan nilai kapasitor (Rumus. 2.14):

CXC

ω

1=

1mF2578.9

3440.05014.32

1=

×××=C mF

Reaktansi induktif (Rumus. 2.18):

2

)1(

)1(h

XX

C

L =

2)1(86.4

3440.0=LX

Ω= 0145.0)1(LX

• Tentukan nilai induktor (Rumus. 2.19):

ωLX

L =

5014.32

0145.0

××=L

= 0.0461mH

Menentukan arus rms filter

• Tentukan arus fundamental beban:

IVS 3 ××=

AII

AI

Lfund

Total

49.19017.20079471.0

7.20074003

1391

)1( =×==

=×

=

Tentukan arus fundamental filter (Rumus. 2.9):

)1()1(

)1(

3

LC

fXX

V

I−

=

AI f 7010145.03440.0

3400

)1( =−

=

AI 49.120070149.19011 =−=

%13.63%10049.1901

49.1200=×

Arus orde ke-5 pada filter:

Tentukan reaktansi induktor pada harmonisa ke-5. (Rumus. 2.20):

)1()( LhL XhX ×=

Tentukan reaktansi kapasitor pada harmonisa ke-5. (Rumus. 2.16)

Ω=×=×= 0725.00145.055 )1()5( LL XX

h

XX C

hC =)(

Ω== 0688.05

3440.0)5(CX

Nilai resistansi hubung singkat untuk orde ke-5:

Arus harmonisa beban orde ke-5

Pada hasil pengukuran (lihat tabel 3.7) diketahui bahwa

89.0)5()1( == hshs RR mΩ

Pada hasil pengukuran (lihat tabel 3.7) diketahui bahwa

arus harmonisa ke-5 sebesar 30.49%, maka total harmonisa

beban dapat dicari sesuai dengan perhitungan di bawah ini:

TotalhL III ×=

AI L 14.6127.20073049.0 =×=

Impedansi hubung singkat pada harmonisa orde ke-5:

2

)5(

2

)5()5( )()( hshshs XRZ +=

16.25)15.25()89.0( 22

)5( =+=hsZ mΩ

Arus harmonisa orde ke-5 menuju ke filter:

)5(hs

L

CLhs

hs

f IXXZ

ZI ×

−+=

)5()5()5(

)5(

)5(

AI f 66.53314.6120688.00725.01016.25

1016.253

3

)5( =×−+×

×=

−

−

Arus harmonisa orde ke-5 menuju ke sumber:

Perbandingan terhadap arus fundamental

)5()( fLhs III −=

AI s 48.7866.53314.612)5( =−=

Perbandingan terhadap arus fundamental

Dengan perhitungan yang sama maka pemasangan filter pada orde

ke-5 pada frekuensi tune 4.86 tersebut akan menghasilkan

pembagian arus orde 1 sampai orde 31 seperti dalam tabel 4.1.

%127.4%10049.1901

48.78

1

5 =×=I

I

TABEL 4.1. HASIL PERHITUNGAN ARUS SETELAH PEMASANGAN FILTER PASIF

ORDE KE-5 DI BUS 0.4 KV

h IL (A) If(h) Is(h) Is(h) (%)

1 1901.53 701.08 1200.4 63.131

3 78.7032 13.82 64.883 3.4122

5 612.159 527.83 84.327 4.4347

7 120.263 48.122 72.142 3.7939

9 15.6603 5.1336 10.527 0.5536

11 98.379 29.545 68.834 3.6199

13 48.9887 14.035 34.953 1.8382

15 10.8418 3.0191 7.8227 0.4114

17 9.03481 2.4696 6.5652 0.3453

19 25.4982 6.8809 18.617 0.9791

21 5.42089 1.4494 3.9715 0.2089

23 12.448 3.3055 9.1425 0.4808

25 12.448 3.2881 9.1598 0.4817

27 2.20851 0.581 1.6275 0.0856

29 12.2472 3.2112 9.0359 0.4752

31 8.23172 2.1526 6.0791 0.3197

Berdasarkan data dari tabel 4.1.maka perhitungan arus THD

adalah sebagai berikut:

2

2

I

I

I

k

k

n

THD

∑=

=

= 12.73 %

1IITHD =

1

2

31

2

9

2

7

2

5

2

3 .....

I

IIIII ++++=

131.63

3197.0.....5536.07939.34347.44122.3 22222 +++++=

131.63

0366.8=

Simulasi Sistem dengan Program ETAP

Simulasi dengan menggunakan kapasitor existing 690 kVAR

Simulasi tanpa menggunakan kapasitor

Simulasi dengan menggunakan kapasitor existing dan filter pasif

(690 kVAR) (690 kVAR)

Simulasi dengan menggunakan filter pasif dan kapasitor hasil

perhitungan (485.459 kVAR) disusun secara resonansi seri

Simulasi dengan menggunakan filter pasif dan kapasitor hasil

perhitungan (485.459 kVAR) disusun secara resonansi paralel

Simulasi Dengan Menggunakan Kapasitor Existing 690 kVAR

Dari hasil simulasi (Lampiran 1) terlihat bahwa total arus harmonisa pada bus 3

adalah sebesar 91.39 % dengan faktor daya sebesar 0.978.

Simulasi Tanpa Menggunakan Kapasitor



Simulasi Dengan Menggunakan Kapasitor Existing dan Filter

Pasif 690 kVAR

Berdasarkan hasil perhitungan diatas, hasil simulasi (Lampiran 3) terlihat

bahwa total arus harmonisa pada bus 3 adalah sebesar 10.65 % dengan faktor

daya sebesar 0.98.

Simulasi Dengan Menggunakan Filter Pasif dan Kapasitor

Hasil Perhitungan (485.459 kVAR) Disusun Secara Resonansi

Seri



Simulasi Dengan Menggunakan Filter Pasif dan Kapasitor

Hasil Perhitungan (485.459 kVAR) Disusun Secara Resonansi

Paralel



Tabel 4.2. Rekap Hasil Simulasi Sistem di ETAP

Kondisi

ITHD

%

Standar

ITHD

%

VTHD

%

Standar

VTHD

%

Cos φ Ketetapan

Cos φ

PLN

Dengan kapasitor existing

690 kVAR91.39 20 16.62 5 0.97 > 0.85

Tanpa kapasitor 32.54 20 8.03 5 0.75 > 0.85

Dengan kapasitor existing

dan filter pasif (690 kVAR)10.65 20 2.88 5 0.98 > 0.85

Dengan filter pasif dan

kapasitor hasil perhitungan

(485.459 kVAR) (resonansi

seri)11.69 20 3.29 5 0.93 > 0.85

Dengan filter pasif dan

kapasitor hasil perhitungan

(485.459 kVAR) (resonansi

paralel)12.39 20 3.31 5 0.93 > 0.85

PENUTUPPENUTUPPENUTUPPENUTUP

KESIMPULAN

Dari perhitungan dan hasil simulasi menggunakan ETAP Versi 4.0.0 dapat

disimpulkan bahwa:

Filter pasif dapat digunakan untuk meredam harmonisa arus, baik yang disusun

secara resonansi seri maupun resonansi paralel, terlihat dari tingkat penurunan

ITHD yang dihasilkan, dimana keduanya masih dalam standar yang ditetapkan.ITHD yang dihasilkan, dimana keduanya masih dalam standar yang ditetapkan.

Dari hasil perhitungan yang dilakukan nilai kapasitor dan induktor yang

dibutuhkan untuk meredam harmonisa arus ke-5 adalah sebesar 9.2578 mF dan

0.0461 mH, agar filter dapat bekerja dengan baik sesuai dengan perancangan

sistem pada simulasi.

Filter pasif yang disusun secara resonansi seri maupun yang disusun secara

resonansi paralel, sama-sama efektif didalam meredam harmonisa arus yang

terjadi dalam sistem kelistrikan.

Terima kasihTerima kasih

menurunkan tingkat arus harmonisa pada sistem …

Documents