HALAMAN PENGESAHAN

BAB 1
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang Masalah
Penggunaan beban-beban non linier kini semakin luas. Beban non linier
tersebut dapat menyebabkan distorsi bentuk gelombang arus maupun tegangan.
Distorsi gelombang ini biasa disebut harmonisa. Masalah-masalah yang dapat
ditimbulkan oleh harmonisa antara lain adalah meningkatnya rugi-rugi energi,
overheating dan faktor kerja yang rendah. Dalam prakteknya keberadaan harmonisa
ini membawa kerugian pada berbagai alat, salah satunya adalah transformator
distribusi. Dampak dari harmonisa ini dapat juga menyebabkan biaya operasi yang
tinggi dan keandalan sistem yang rendah. Harmonisa adalah munculnya gelombanggelombang dengan frekuensi berbeda yang merupakan perkalian bilangan bulat
dengan frekuensi dasarnya. Hal ini disebut frekuensi harmonisa yang timbul pada
bentuk gelombang aslinya sedangkan bilangan bulat pengali frekuensi dasar disebut
angka urutan harmonisa.
Gelombang-gelombang ini kemudian menumpang pada gelombang murni/
aslinya sehingga terbentuk gelombang cacat yang merupakan jumlah antara
gelombang murni sesaat dengan gelombang harmonisanya. Pada Gambar 1.1
diperlihatkan
bentuk
gelombang
fundamental,
harmonisa
ke-3
dan
penjumlahannya.
Gambar 1.1 Gelombang fundamental, harmonisa ke-3 dan hasil penjumlahannya
hasil
Harmonisa urutan genap biasanya memiliki root mean square (rms) yang
lebih kecil dibandingkan harmonisa urutan ganjil. Jumlah antara frekuensi
fundamental dan kelipatannya, akan menyebabkan frekuensi fundamental tidak lagi
berbentuk sinus murni, tetapi mengalami distorsi. Fenomena harmonisa pada sistem
tenaga listrik pertama kali diteliti oleh Steinmetz pada tahun 1916 [1]. Dia memberi
perhatian pada harmonisa ketiga yang muncul pada sistem 3 fasa. Kemunculan
harmonisa ketiga tersebut disebabkan oleh kejenuhan inti besi pada transformator.
Masalah harmonisa ketiga ini dapat diatasi dengan baik. Pada era sekarang,
penyebab munculnya harmonisa sebagian besar adalah disebabkan oleh rangkaian
elektronika daya. Rangkaian elektronika daya digunakan secara luas pada Switching
Power Supplies, UPS, komputer, printer, lampu fluorescent yang menggunakan
elektronik ballast, kendali kecepatan DC dan kendali kecepatan motor induksi, batere
charger, proses electroplating dan lain sebagainya. Elektronika daya digunakan
banyak pihak karena efisien dan mudah dikendalikan. Akan tetapi elektronika daya
mendistorsi arus bolak-balik sinusoidal dari sumber. Bila arus ini bereaksi dengan
impedansi sistem maka akan membangkitkan tegangan dan arus harmonisa. Tidak
sebagaimana fenomena transient yang hilang dalam beberapa mikro detik atau
fenomena voltage sag yang hilang pada beberapa milidetik, harmonisa merupakan
kejadian yang berlangsung periodik dan berbentuk steady state. Kemunculan
harmonisa secara terus-menerus akan menyebabkan distorsi pada gelombang sinus
tegangan dan arus.
Pengaruh harmonisa pada transformator sering tanpa disadari keberadaannya
sampai terjadi gangguan yang penyebabnya tidak jelas. Hal ini dapat juga terjadi bila
perubahan konfigurasi atau jenis beban yang dipasok. Transformator dan peralatan
induksi lainnya, selalu terpengaruh oleh harmonisa karena transformator itu sendiri
dirancang sesuai dengan frekuensi kerjanya. selain itu transformator juga merupakan
media utama antara pembangkit dengan beban. Frekuensi harmonisa yang lebih tinggi
dari frekuensi kerjanya akan mengakibatkan penurunan efisiensi atau terjadi kerugian
daya tambahan pada transformator distribusi [2].
Penulis tertarik melakukan penelitian di Politeknik Negeri Medan
dikarenakan melihat kondisi beban yang terpasang banyak terdapat beban non linier
antara lain: komputer PC, UPS, lampu TL balast elektronik, peralatan yang
digunakan sebagai praktikum mahasiswa, serta banyaknya laptop yang banyak
digunakan selama jam kerja yang keseluruhannya tersambung ke PCC yang hendak
diteliti.
Beberapa hasil penelitian tentang filter pasif yang telah dilakukan terdahulu,
seperti penelitian yang dilakukan:
1.
Chackphed Madtharad dan Mark Mc Granaghan pada tahun 2008 di Proficial
Electricity Authority (PEA) Thailand, yang berjudul ”Harmonic Filter Design
For Induction Furnace Load in 22 kV Distribution System” dengan beban non
linier (Induction Furnace dengan Kapasitas 27 MW, 22 kV) tentang Filter
Pasif: High Pass Filter untuk Harmonisa ke-5, 11 dan 13, metode identifikasi
harmonisanya dengan cara memplot frekuensi respon [3].
2.
L.I.Kovernikova pada tahun 2010 di The Siberia Branch of the Russian
Academy of Sciences Energy System Institute yang berjudul ”Centralized
normalization of harmonic voltages by the third-order passive filter”dengan
beban gardu traksi dengan tegangan 220 kV pada jaringan panjang 900 km,
tentang Filter pasif orde tiga untuk harmonisa ke 3, 5, dan 7, metode
identifikasi harmonisanya dengan pengukuran langsung pada beberapa gardu
traksi [4].
1.2.
Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah diatas maka perumusan permasalahan
harmonisa yang terdapat pada sisi tegangan rendah pada transformator distribusi
adalah sebagai berikut: Dengan pemasangan filter pasif orde tiga sejauh mana
berkurangnya nilai THD arus dan THD tegangan pada bus sisi tegangan rendah
transformator distribusi.
1.3.
Batasan Masalah
Penelitian ini akan merancang filter pasif orde tiga untuk mengurangi
harmonisa yang timbul pada sistem distribusi tegangan rendah akibat beban-beban
non linier dengan membatasi masalah sebagai berikut:
a.
Beban non linier adalah beban yang terpasang di Politeknik Negeri Medan
pada saat beroperasi.
b.
Filter pasif orde tiga yang dirancang adalah terdiri dari kapasitor seri dengan
rangkaian paralel dimana salah satu cabangnya berisi kapasitor seri dengan
resistor dan cabang lainnya berisi induktor.
c.
Analisis harmonisa dilakukan pada sistem distribusi 3 fasa yang bebannya
seimbang, sehingga analisis dilakukan perfasa.
d.
Kapasitas transformator yang diukur adalah 400 kVA, 20kV/ 400/231Volt, 50
Hz dan sistem Dyn5.
1.4.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah mendapatkan nilai filter pasif orde tiga untuk
mengurangi harmonisa yang diakibatkan oleh beban-beban non linier dengan
menggunakan software Matlab/Simulink.
1.5.
Manfaat Penelitian
a.
Manfaat yang diharapkan adalah dapat memberikan kontribusi terhadap
perkembangan sistem distribusi tenaga listrik khususnya permasalahan
harmonisa yang terdapat pada sistem tiga fasa dan cara menguranginya pada
saluran distribusi.
b.
Pada penelitian ini akan diperoleh suatu model filter pasif orde tiga untuk
mengurangi harmonisa pada saluran distribusi.
1.6.
Metodologi Penelitian
a.
Studi literatur mengenai teori filter harmonisa yang digunakan dalam sistem
distribusi tenaga listrik.
b.
Melakukan pengambilan data dengan cara pengukuran dan membuat simulasi.
c.
Melakukan analisis berdasarkan teori dan simulasi.
1.7.
Sistematika Pembahasan
Tesis ini disusun dengan sistematika sebagai berikut:
Bab 1 : Pendahuluan yang meliputi latar belakang, perumusan masalah, batasan
masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, metodologi penelitian,
sistematika pembahasan dan relevansi.
Bab 2 : Teori dasar membahas harmonisa, akibat yang ditimbulkan harmonisa, filter
pasif orde tiga dan metode fourier untuk analisis harmonisa.
Bab 3 : Membahas metodologi penelitian.
Bab 4 : Membahas tentang hasil dan analisis.
Bab 5 : Kesimpulan yang diperoleh dari hasil penelitian dan saran.
1.8.
Relevansi
Dengan hasil analisis dan simulasi, akan diketahui keuntungan dan keandalan
menggunakan filter pasif orde tiga dalam memfilter harmonisa sehingga dapat
mengurangi distorsi arus harmonisa dan distorsi tegangan harmonis yang disebabkan
oleh beban-beban non linier pada sistem distribusi tenaga listrik.