BAB I - Jurnal Teknologi Informasi dan Pendidikan

JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN
VOL. 7 NO. 2 September 2014
ISSN : 2086 – 4981
PENERAPAN APLIKASI ELECTRICAL DISTRIBUTION AND TRANSMISSION
SYSTEM ANALYSIS (EDSA) UNTUK ANALISIS HARMONIK
PADA SISTEM DISTRIBUSI
Novi Gusnita1
ABSTRACT
This research aimed to analysis the current and voltage distortion that happened
bus caused by nonlinear loads due to harmonics on every distribution bus that
are simulated by using EDSA (Electrical Distribution and Transmission System
Analysis) was used by mean of EDSA application software specially is harmonic
analysis. The configuration of test system was consist of a – 13 Bus Balance
Industrial System.
Harmonics are parts of power quality problems and it has sinusoidal wave having
frequency and the value of which is equal to some integer multiplication of its
fundamental frequency. The harmonic distortion from sinusoidal waveform of
voltage and current are caused by nonlinear loads, one of non linear loads type is
adjustable speed drives (ASD). Harmonics will be a problem when its parameter
value exceeds a related standard. Harmonic are sinusoidal voltage or currents
having frequencies that are integer multiples of the frequency at which the supply
system is designed to operate (termed the fundamental frequency; usually 50 or
60 Hz).IEEE Standard 519-1992 for harmonic control in electric power systems
was published. General, then non sinusoidal wave form at voltage and current.
Which is present in the distribution line, are cared by non linear load
The electrical simulation program showed that by injection harmonic source at
bus 9. Resulting is the electrical values at that bus as follows: peak voltage of =
1.395 Volt, THD voltage of = 1.54 %, the fundamental voltage of = 467, RMS
voltage of = 467 Volt. Peak current of = 2190.78 Ampere, THD current of = 2.48
%, fundamental current of = 1533.21 Ampere, RMS current of = 1533.21 Ampere.
The THD voltage obtained was lower than that IEEE 519-1992 standard which is
5 %, and the THD current obtained is also lower than that of IEEE 519-1992
standard which 8 %. Therefore it does not need to install filter.
Keywords : voltage, current, harmonics distortion, EDSA.
INTISARI
Penelitian ini bertujuan untuk untuk mengetahui distorsi tegangan dan arus yang
terjadi pada bus akibat kehadiran beban tak linear. Simulasikan dengan
menggunakan software aplikasi EDSA (Electrical Distribution and Transmission
System Analysis). Dengan konfigurasi : Sistem Distribusi Setimbang 13 Rel suatu
Industri
Salah satu permasalahan kualitas daya adalah permasalahan harmonik.
Harmonik adalah sebagai salah satu komponen sinusoidal dari satu periode
gelombang yang mempunyai frekuensi yang merupakan kelipatan bulat dari
1
Dosen Teknik Elektro Fakultas Sains & Teknologi UIN-SUSKA
138
JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN
VOL. 7 NO. 2 September 2014
ISSN : 2086 – 4981
frekuensi fundamentalnya. Distorsi harmonik dari bentuk gelombang sinusoidal
tegangan dan arus yang timbul atau muncul pada jaringan selalu dipicu oleh
beban-beban taklinear. Jenis beban non linear salah satunya adalah adjustable
speed drives (ASD). Harmonik ini sangat mengganggu bahkan merugikan sistem
bila melebihi batas standar yang ditetapkan. Oleh karena itu, peraturan Standar
IEEE 519-1992 untuk pengendalian harmonik dalam sistem daya listrik telah
diterbitkan dipakai sebagai acuan dalam menetapkan batas tegangan dan arus
harmonik maksimum yang masuk ke jaringan distribusi.
Hasil analisis scan frekuensi harmonik dan dari hasil simulasi program
menunjukkan bahwa sumber harmonik yang diinjeksi di bus 9yaitu tegangan
puncak = 1.395 Volt, tegangan THD = 1.54 %, tegangan fundamental (1) = 467
Volt, tegangan RMS = 467 (Volt). Arus puncak = 2190.78 Ampere, arus THD =
2.48 %, arus fundamental (1) = 1533.21 Ampere.arus (rms) = 1533.69 Ampere.
Untuk nilai THD tidak melebihi batas standa IEEE 519-1992 yaitu 5 % untuk
tegangan dan 8 % untuk arus. Nilai THD yang tidak melewati batas standar
tersebut maka tidak diperlukan pemasangan filter.
Kata Kunci: tegangan, arus, distorsi harmonik, EDSA
139
JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN
VOL. 7 NO. 2 September 2014
PENDAHULUAN
Persoalan
harmonik
dan
pengaruhnya terhadap suatu sistem
distribusi tenaga listrik semakin
berkembang menjadi persoalan
yang kompleks, sehingga hal ini
selalu menjadi pemikiran dan
pertimbangan yang panjang bagi
para
teknisi
listrik
untuk
mengatasinya (Hadi Miftahul, 1997).
Studi harmonik sudah dikenal
sejak tahun 1920-an, pada tahun ini
untuk pertama kali distorsi bentuk
gelombang tegangan dan arus
dipelajari
pada
jala
transmisi.Kemajuan di bidang ilmu
dan teknologi
Elektronika Daya
(power electronics) satu dasawarsa
terakhir
ini
sedang
hangathangatnya
untuk
diteliti(Hadi
Miftahul, 1997).
Semenjak
kandungan
harmonik tersebut semakin besar,
timbul beberapa anomali dalam
operasi jaringan distribusi energi
listrik. Sementara dunia kelistrikan di
Indonesia saat ini masih memiliki
pemahaman yang sangat terbatas
terhadap distorsi harmonik, baik
menyangkut asal, akibat, dan
penanganannya.
Bermodal
kekurangpahaman tersebut, dengan
mudah seorang praktisi kelistrikan
akan menuduh distorsi harmonik
sebagai penyebab utama berbagai
permasalahan
dalam
jaringan
distribusi energi listrik. Namun bila
ditelaah lebih jauh, ada banyak
penyebab
lain
yang
mungkin
menghasilkan anomali-anomali yang
mirip dengan yang yang ditimbulkan
harmonik. Dan harus dipahami
bahwa
masing-masing
permasalahan
perlu
ditangani
dengan metode yang spesifik yang
sesuai
dengan
induk
permasalahannya
untuk
menghasilkan pemecahan masalah
yang optimal.
Permasalahan kualitas daya
listrik, salah satu diantaranya yang
kerap kali muncul dalam sistem
tenaga listrik dalam permasalahan
ISSN : 2086 – 4981
harmonik,
harmonik
dapat
menyebabkan arus terdistorsi dari
bentuk
sinusoidal
murninya,
sehingga
merugikan
banyak
peralatan yang bekerja dalam
bentuk
gelombang
sinusoidal,
dengan kondisi yang demikian maka
timbulnya
harmonik
akan
menyebabkan kurang efektifnya
operasi pada sistem kendali, sistem
elektronika, sistem komputer, relerele proteksi yang beroperasi tidak
tepat, peralatan listrik cepat panas
sehingga berujung pada kegagalan
isolasi, akurasi pengukuran KWHmeter jenis induksi akan berkurang,
motor induksi akan mengalami
kegagalan
pengasutan,
dan
menimbulkan derau pada sinyal
telepon, hal ini disebabkan karena
umumnya
saluran
telepon
ditempatkan
dibawah
saluran
transmisi atau dibawah saluran
distribusi sehingga apabila tegangan
atau arus pada saluran transmisi
dan distribusi terdistorsi harmonik,
maka akan terjadi interferensi
induktif antara kedua saluran
tersebut sehingga menimbulkan
masalah derau pada sinyal telepon
(Sankaran, 1995; Wagner dkk,1993)
Distorsi
harmonik
akan
muncul
bila
suatu
beban
menghasilkan bentuk geolombang
arus yang nonsinusoidal bila diberi
sumber tegangan sinusoidal. Distorsi
harmonik adalah ukuran dimana
suatu
bentuk
gelombang
nonsinusoidal periodis diturunkan
dari
gelombang
sinus
murni.
Pengaruh
adanya
komponen
harmonik pada sistem tenaga listrik
dapat dikelompokkan menjadi tiga
yaitu tekanan pada sistem isolasi,
pemanasan dan terganggunya unjuk
kerja peralatan (Ortmeyer dkk,1985).
Harmonik dapat terjadi karena
adanya beban-beban non linear,
beban-beban non linear penyebab
harmonik menurut standart IEEE
519-1992 terdiri dari beban-beban
elektronika daya, seperti converter,
inverter, rectifier dan sebagainya,
140
JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN
VOL. 7 NO. 2 September 2014
kemudian
beban-beban
yang
menimbulkan busur api seperti arc
furnance, lampu flouresent serta
beban-beban yang menimbulkan
saturasi inti ferromagnetik, harmonik
yang muncul akan menjadi masalah
yang serius bila besarnya melebihi
batas standar yang ditentukan
standar IEEE 519-1992.
ISSN : 2086 – 4981
2. Gangguan peralihan jenis
kedua adalah tegangan lebih di atas
110% nominal atau tegangan rendah
di bawah 80% - 85% nominal,
berlangsung dalam jangka waktu
sekitar 80 millidetik sampai satu
detik. Gangguan ini disebut dengan
kedip-tegangan (voltage sag, dips,
depression, interruption, flicker, atau
fluctuation)
3. Gangguan peralihan jenis
ketiga adalah tegangan rendah di
bawah 80% sampai 85% nominal
selama lebih dari dua detik yang
dikenal
sebagai
pemadaman
(blackout atau outage).
Sedangkan kategori listrik keadaan
mantap, yang sifatnya kontinue,
adalah variasi tegangan catu, variasi
frekuensi, ketidakseimbangan fase
dan besamya kandungan harmonik.
Arillaga dkk (1985) dan
Ribeiro
(tanpa
tahun)
merekomendasikan
pemodelan
sistem distribusi dan elemennya
untuk mempelajari dan menganalisis
harmonik dalam suatu sistem tenaga
listrik.
Gonzalez dan McCall (1987)
memberikan teori dasar tentang
tapis paralel pasif yang dapat
berfungsi ganda yaitu sebagai
penapis
arus
harmonik
pada
frekuensi tala, sehingga tegangan
harmonik
berkurang,
dan
mengkompensasi daya reaktif pada
frekuensi
fundamental
untuk
memperbaiki faktor daya beban
taklinear.
Kawann dan Emanuel (1996)
merekomendasikan
penggunaan
tapis tertala tunggal (single tuned
filter) pada tegangan rendah dan
menengah. Tapis minimum atau
dengan kata lain pertimbangan
ekonomisasi ukuran atau harga
TPP. TPP lebih ekonomis bila
ditempatkan secara terpusat pada
titik sambung bersama dibandingkan
dengan di dekat beban taklinear.
Kimbark (1981) dan Arillaga
dkk (1985) menjelaskan tentang
bagaimana mendesain tapis paralel
PENDEKATAN PEMECAHAN
MASALAH
Berdasarkan hal-hal yang
telah diuraikan pada latar belakang,
maka rumusan masalah untuk
penelitian adalah bagaimana:
Menerapkan
aplikasi
EDSA
(Electrical
Distribution
and
Transmission
System
Analysis)
untuk analisa Distorsi arus harmonik
individu (IHDI), dan distorsi total
harmonik arus (THDI) pada setiap
cabang (branch), dan bus pada
sistem distribusi tenaga listrik, data
kasus uji-sistem (test system) IEEE :
Sistem Distribusi Setimbang 13-Rel
suatu Industri (Abu-hashim dkk,
1999).
Metode Penelitian
Telaah Kepustakaan
Wardhani rnengklasifikasikan
kualitas daya listrik yang diterima
oleh konsumen ke dalam dua
kategori sebagai berikut yaitu
kategori listrik dalam keadaan
peralihan disebut (transient) dan
keadaan mantap (steady state).
Kategori dalam keadaan
peralihan ditinjau berdasarkan atas
lamanya suatu gangguan (duration
disturbance) dan dapat digolongkan
menjadi tiga jenis.
1. Gangguan peralihan jenis
pertama berupa tegangan peralihan
yang tajam dan bergetar. Tegangan
paku disebut (spike) positif atau
negatif 0,5 sampai 200 mikrodetik
dengan frekuensi 0,2 kHz sampai 5
kHz atau lebih. Gangguan ini sering
disebut
dengan
surja-hubung
(switching-surge, spike, pulse, notch,
atau fast transient).
141
JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN
VOL. 7 NO. 2 September 2014
pasif (TPP) atau (single tuned filter
dan high pass filter), termasuk
pemilihan komponen tapis dan cara
penalaan
TPP
dengan
mempertimbangkan
impedans
sistem, koefisien suhu komponen,
dan toleransi frekuensi tala.
Definisi Harmonik
Dalam
sistem
tenaga,
harmonik didefinisikan sebagai satu
komponen sinusoidal dari satu
perioda
gelombang
yang
mempunyai satu frekuensi yang
merupakan kelipatan integer dari
gelombang fundamental (Chang dkk,
tanpa
tahun).
Jika
frekuensi
fundamental suatu sistem tenaga
adalah f0, maka frekuensi harmonik
orde ke-h adalah hf0.
Harmonik biasanya digunakan
untuk
mendefinisikan
distorsi
gelombang sinus arus dan tegangan
pada amplitude dan frekuensi yang
berbeda.
Biasanya dalam satu periode
gelombang sinus yang terdistorsi
oleh harmonik terdiri dari beberapa
harmonik , yaitu misalnya harmonik
ke-1 , ke-2 , ke-3 dan seterusnya.
Harmonik ke-3
artinya harmonik
ISSN : 2086 – 4981
yang mempunyai frekuensi tiga kali
dari frekuensi fundamentalnya, jadi
bila frekuensi fundamental 50 Hz,
maka harmonisa ke3 mempunyai
frekuensi 150 Hz, atau dapat
dituliskan dengan persamaan fh = n
x f, dimana n bilangan bulat positif
Harmonik ke-1 disebut sebagai
frekuensi dasar atau fundamental ,
harmonik dengan kelipatan genap
dari
frekuensi
dasar
disebut
harmonik genap, seperti harmonik
ke-2 , ke-4, ke-6 dan seterusnya,
sedang harmonik ganjil adalah
harmonik yang mempunyai kelipatan
ganjil dari frekuensi dasar sistem
daya, misalnya harmonik ke-3 , ke-5
, ke-7 dan seterusnya , sementara
interharmonik adalah harmonik yang
bukan
kelipatan
integer
dari
frekuensi dasar , misalnya harmonik
ke1,5 , ke-3,5 dan seterusnya.
Namun
harmonik
yang
pada
umumnya muncul dalam sistem
tenaga listrik adalah harmonik ganjil.
Gambar 2.1a. dan 2.1b.
menunjukkan komponen gelombang
sinus fundamental dan komponen
harmonik
yang
terkandung
didalamnya.
Gambar 1. Gelombang fundamental dan gelombang harmonik ke-3 berbeda fasa
1800, serta bentuk gelombang fundamental yang terdistorsi oleh harmonik ke -3
Gambar 2. Gelombang fundamental dan gelombang harmonik yang ke-3
berbeda fasa 0°, serta bentuk gelombang fundamental yang terdistorsi oleh
harmonik ke-3
142
JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN
VOL. 7 NO. 2 September 2014
Deret Fourier dan Analisis Fourier
Suatu fungsi periodis dapat
didefinisikan sebagai:
f{t)=f(t+T).............................
(1)
untuk semua t. Konstanta terkecil F
yang memenuhi persamaan (2.1)
dinamakan periode fungsi f(t).
Dengan mengiterasi persamaan
diperoleh:
f(t) =f(t+ hT) h= 0, ± 1, ± 2,.
Jika fungsi f(t) memenuhi syarat
Dirichlet, maka fungsi.ini dapat
diwakili oleh deret trigonometri tak
terhingga:
f (t ) 
Persamaan diatas memperlihatkan
bahwa deret Fourier merupakan
ekspresi suatu fungsi periodis
sebagai jumlah komponen sinusoidal
dengan frekuensi yang berbeda. ao,
ah, bh, adalah koefisien trigonometri
Fourier, ho . sedangkan ho
merupakan sudut harmonik ke-h. Co
adalah besaran untuk komponen
searah. Komponen dengan h=1
dinamakan komponen dasar dan Ch,
adalah faktor harmonik orde ke-h,
dan h adalah sudut fasenya.
Besarnya komponen dan sudut fasa
menentukan bentuk gelombang dari
fungsi f(t).
a0
 a1 cos( 0 t )  a 2 cos(2 0 t )  a3 cos(3 0 t )  ...
2
Fungsi orthogonal
 b1 sin( 0 t )  b2 sin(2 0 t )  b3 sin(3 0 t )  . Suatu himpunan fungsi { (t)}
h
(2)
disebut ortogonal pada suatu interval
<t< jika semua grup dari dua
fungsi i (t) dan j (t)dalam {h(t)}
himpunan
…………………………………….
atau secara ringkas,
f (t ) 
ISSN : 2086 – 4981

1

a0   ah cos(h0t )  bh sin(h0t )
0, i  j
2
memenuhi:
h 1
  i (t ) j (t )dt   , i  j
........................................……...….
(3)
dengan (0= 2 /T (rad/detik).
Persamaan (2.3) merupakan deret
Fourier trigonometri, yang dapat
ditulis sebagai :
……….......................................... (7)
Dengan y suatu nilai bukan
nol. Dapat diperlihatkan bahwa {1,
cos(0t), ..., cos(h0t),..., sin(0t),...,
sin(h0t),...}
adalah suatu
himpunan fungsi sinusoidal yang
ortogonal pada interval -T/2<t<T/2.
Dengan menggunakan hubungan
ortogonal, maka dapat ditentukan
koefisien
trigonometri
Fourier
sebagai berikut :

f (t )  c0   ch sin(h0t  h )
h 1
(4)
c0 
dengan
a0
,
2
ch  a h  bh dan
2
2
T /2
h  tan 1 (ah / bh )
a0 
Bila
bentuk
kompleks
Persamaan (2.4) menjadi :
f t  
T /2
maka
2
ah 
f (t ) cos(h 0 t )dt
T T/ 2

 Ch.e
jhωo t
…..... (5)
…............................ (10)
h  
T /2
untuk, h =  1,  2, ....... maka,
bh 
T /2
Cn 
1
f t  e  jhot dt
T  T/ 2
2
f (t )dt ……..… (9)
T T/ 2
2
f (t ) sin(h 0 t )dt
T T/ 2
……........................................... (11)
dengan h = I, 2, 3, ... merupakan
orde harmonik.
.… (6)
143
JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN
VOL. 7 NO. 2 September 2014
Sifat simetri bentuk gelombang
Suatu fungsi f(t) dinamakan
fungsi genap jika memenuhi sifat:
f(-t) = f(t), untuk setiap t,
………...........................................
(12)
dan dinamakan fungsi gasal jika.
memenuhi sifat:
f(-t)= -f(t), untuk setiap t,
….................................................
(13)
Penjumlahan atau perkalian
dua atau lebih fungsi genap
menghasilkan fungsi genap, dan jika
suatu
konstanta
ditambahkan
padanya, maka sifat genap fungsi itu
tidak akan luntur.
Penjumlahan dua atau lebih
fungsi gasal menghasilkan fungsi
gasal, tetapi penambahan suatu
konstanta akan menghilangkan sifat
gasal dari fungsi tersebut. Perkalian
dua fungsi gasal adalah suatu fungsi
genap.
Suatu fungsi periodis f(t)
disebut
mempunyai
simetri
setengah-gelombang jika memenuhi
sifat:
f(t) = -f(-t+T/2), dengan T
adalah
perioda..........................................(1
4)
Bila jenis simetris suatu
bentuk gelombang (waveform) telah
ditetapkan, maka kesimpulan berikut
ini dapat berlaku.
1. Jika suatu bentuk gelombang
memiliki sifat fungsi genap, maka
semua suku deret Fouriernya
adalah cosinus termasuk satu
konstanta, dengan rerata bentuk
gelombang bukan nol.
2. Jika suatu bentuk gelombang
memiliki sifat fungsi gasal, maka
deret
Fouriernya
hanya
mengandung suku sinus.
3. Jika suatu bentuk gelombang
memiliki sifat simetri setengahgelombang, maka yang ada
dalam deret Fouriernya hanya
harmonik gasal.
Bentuk gelombang tertentu
bisa ganjil atau genap bergantung
ISSN : 2086 – 4981
pada lokasi sumbu vertikal. Fungsi
genap simetri terhadap sumbu
vertikal dari titik pusat, dan fungsi
gasal anti-simetri terhadap sumbu
vertikal.
Transformasi Fourier
Transformasi Fourier atas
fungsi f(t) adalah:
F ( ) 

 f (t )e
 jt
suatu
dt
(1
……..

5)
dan f(t) disebut invers transformasi
Fourier
dari
F(
a>),
yang
didefinisikan sebagai
f (t ) 

1
2
 F ( )e

jt
d
(1
…
6)
Persamaan (13) dan (14) digunakan
untuk memetakan suatu fungsi
dalam interval yaitu (- , ) pada
kawasan waktu atau frekuensi ke
dalam satu fungsi kontinu dalam
kawasan invers. Suatu fungsi dapat
direpresentasikan ke dalam dua
model: kawasan waktu f(t), atau
kawasan frekuensi F(). Persamaan
(14) mentransformasikan fungsi
waktu ke dalam satu spektrum
frekuensi, dan Persamaan (15)
mensintesis spektrum frekuensi
untuk mendapatkan kembali fungsi
waktu.
Kuantitas listrik pada kondisi
taksinusoidal
Jika harmonik dalam keadaan
mantap
{steady-state)
dipertimbangkan, maka tegangan
dan
arus
sesaat
dapat
direpresentasikan oleh deret Fourier
sebagai:


h 1
h 1
v(t )   vh (t )   2Vh sin(h0 t  h)
……............................................ (17)


h 1
h 1
i(t )   ih (t )   2 I h sin(h0 t   h )
……............................................ (18)
144
JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN
VOL. 7 NO. 2 September 2014
Dengan bagian dc biasanya
diabaikan untuk kesederhanaan, Vh
dan Ih, adalah nilai rms untuk
harmonik orde ke-h pada masingmasing tegangan dan arus. Daya
sesaat didefinisikan sebagai:
p(t) = v(t) i(t)..................… (19)
dan rerata daya dalam satu periode
T dari p(t) didefinisikan
Dengan X1 merupakan nilai rms
komponen fundamental dari X, Xh
merupakan harga effektif dari
komponen harmonik pada bentuk
gelombang yang terdistorsi.
Indeks harmonik
Dalam
analisis
harmonik,
beberapa indeks penting berikut
digunakan
untuk
melukiskan
pengaruh harmonik pada komponen
sistem
tenaga
dan
sistem
komunikasi.
T
1
P   p(t )dt …........... (20)
T 0
Jika Persamaan (17) dan (18)
disubstitusi ke Persamaan (19) dan
dengan
menggunakan
relasi
orthogonal dalam Persamaan (6),
didapat:


h 1
h 1
ISSN : 2086 – 4981
Total Harmonic Distortion (THD)
THD tegangan:

P  Vh I h cos( h   h )   Ph
.………….................................... (21)
Persamaan (21) memperlihatkan
bahwa tiap harmonik memberikan
kontribusi pada daya rerata. Namun,
daya rerata yang dibangkitkan oleh
harmonik biasanya sangat kecil bila
dibandingkan dengan nilai dari
rerata dasar (fundamental average
power).
THDV 
THDI 
I
h2
2
h
 100
I1
................................................... (24)
yang
didefinisikan
sebagai
perbandingan nilai rms komponen
harmonik terhadap komponen dasar
dan biasanya dalam persen (%).
Indeks
ini
digunakan
untuk
mengukur penyimpangan (deviation)
dari bentukgelombang satu periode
yang mengandung harmonik pada
satu gelombang sinus sempurna.
Untuk
satu
gelombang
sinus
sempurna pada frekuensi dasar,
THD adalah nol. Demikian pula,
pengukuran
distorsi
harmonik
individual untuk tegangan dan arus
pada orde ke-h dideflnisikan sebagai
Vh/V1 dan Ih/I1.
Total Demand Distortion (TDD)

Σ
X1
 100
V1

max
h 2
h2
2
h
…………..…….….................… (23)
THD
Arus
Distorsi Harmonik
Dalam sistem tenaga listrik,
harmonik didefinisikan sebagai satu
komponen sinusoidal dari satu
prioda gelombang yang mempunyai
frekuensi yang merupakan kelipatan
bulat dari gelombang fundamental.
Jika frekuensi fundamental suatu
sistem tenaga adalah fo, maka
frekuensi harmonik orde ke – h
adalah hfo.
Indeks yang sering digunkan
untuk
menentukan
kandungan
harmonik, baik arus dan tegangan,
adalah total harmonic distortion
(THD), yang dapat dihitung dengan
persamaan :
THD 
V
TDD 
x 100 %
I
h2
2
h
IL
................................................... (25)
dengan IL, adalah permintaan arus
beban maksimum, dalam 15 atau 30
……………….…………….......... (22)
145
JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN
VOL. 7 NO. 2 September 2014
menit (15 or 30 (average) maximum
demand current) dalam frekuensi
dasar pada PCC.
Daya nyata adalah:
S  Vrms  I rms ……….… (32)
Distorsi Faktor Daya
Dengan menggunakan relasi
ortogonal pada Persamaan (8),
diperoleh nilai rms atas Persamaan
(19) dan (20):
T
1 2

v (t )dt 
T 0
Vrms

V
h 1
Faktor daya didefinisikan sebagai:
pf tot 
I rms 
1 2
i (t )dt 
T 0

I
h 1
h
pf tot 
(27)

V
h2
2
h
Pada kebanyakan kasus,
hanya sebagian kecil daya rerata P
yang dikontribusikan oleh harmonik
dan THDv lebih kecil dari 10%. Jadi,
Persamaan (35) dapat ditulis
manjadi:
(25)

h2
diubah
 Vrms  V1 (2.27)
2
2
2
h
dapat
VI I I 1  (THDV / 100) 2  1  (THDI / 100) 2
………........................................ (34)
2
pf tot 
Persamaan
menjadi:
V
dapat
P
h
....................................... (27)
Persamaan
menjadi:
P
……………….(33)
S
Dengan
mensubstitusikan
Persamaan (31) dan (32) ke
Persamaan (33), diperoleh:
2
………...…………..................... (26)
dan
T
ISSN : 2086 – 4981
diubah
PI
1

…
VI I I 1  (THDI / 100) 2
……….....................................… (35)
 V1 (THDv / 100) 2 …
2
 cos( I   I )  pf dist
…................................... (29)
dengan cos( I   I )  1 merupakan
pergeseran faktor daya, dan pfdist
adalah distorsi faktor daya. Karena
pergeseran faktor daya selalu lebih
kecil dari satu,
maka
pf tot  pf dist …….......... (36)
Substitusi persamaan (28) ke (29)
akan memberikan:
Vrms  V1 1  (THDV / 100) 2
……………….………....(30)
dengan cara yang sama untuk arus,
diperoleh
I rms  I1 1  (THDI / 100) 2
……................................ (31)
146
JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN
VOL. 7 NO. 2 September 2014
ISSN : 2086 – 4981
Mulai
Baca data
sistem
Proses Harmonic Analysis
Konversikan impedans transformator,saluran, beban
dan peralatan lain menurut impedans model harmonik
Scan frekensi pada setiap bus pada seluruh sistem
Hitung tegangan dan arus harmonik yang diakibatkan oleh beban
tak linear pada setiap bus dan branch
Bandingkan THDv dan THDi
dengan standart IEEE 519 - 1992
Apakah diperlukan
tapis pasif paralel
Desain TPP
Ya
Tidak
Stop
Gambar 1. Flowchart
148
JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN
VOL. 7 NO. 2 September 2014
ISSN : 2086 – 4981
THDv dan IHDv ditinjau di Bus 9
Tegangan Harmonik pada bus 9
Bus Harmonic Voltages, Bus : BUS
9
Langkah-lankah penyelesaian
masalah analisis harmonik yang
digambarkan dalam bentuk diagram
alir
diterapkan
pada
analisis
harmonik pada sistem distribusi
dengan hasil dan pembahasan
sebagai berikut :
#
hth
Volts Vh/V(1)% #
hth
Volts Vh/V(1)%
--- ----- ---------- ------- ---- ----- --------- ------1
1
467.1 100.00
2
5
1.9 0.41
3
7
1.1 0.23
4 11
0.5 0.10
5
13
0.3 0.07
HASIL DAN PEMBAHASAN
Peninjauan harmonik pada
sistem tenaga listrik di sistem data
kasus uji-sistem (test system) IEEE :
Sistem Distribusi Setimbang 13-Rel
suatu Industri (Abu-hashim dkk,
1999) dapat ditinjau disetiap bus
dengan menggunakan EDSA.
EDSA Harmonic Analysis
150.0
Magnitude %
100.0
50.0
0.0
-50.0
-100.0
-150.0
0
80
160
240
320
400
480
560
640
720
Angle in Degrees
Gambar 2. Bentuk Gelombang Tegangan Terdistorsi pada Bus 9
EDSA Harmonic Analysis
100.0
Magnitude %
83.3
66.7
50.0
33.3
16.7
0.0
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
Harmonic
Gambar 3. Magnitude Komponen Tegangan Harmonik pada Bus 9
149
10.0
JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN
VOL. 7 NO. 2 September 2014
ISSN : 2086 – 4981
THDv dan IHDv ditinjau di Bus 9
Arus harmonik pada bus 9
Branch Harmonic Currents BUS 9->ASD
#
hth Amps
Ih/I(1) # hth
Amps Ih/I(1)
--- ----- --------- ------- --- ----- --------- ------1 1502.894 100.00
2
5 5.397
0.36
7 2.973
0.20
4 11 1.231
0.08
13 0.934
0.06
1
3
5
EDSA Harmonic Analysis
150.0
Magnitude %
100.0
50.0
0.0
-50.0
-100.0
-150.0
0
80
160
240
320
400
480
560
640
720
Angle in Degrees
Gambar 4. Bentuk Gelombang Arus Terdistorsi pada Bus 9
EDSA Harmonic Analysis
100.0
Magnitude %
83.3
66.7
50.0
33.3
16.7
0.0
0.0
4.0
8.0
12.0
16.0
20.0
24.0
28.0
32.0
Harmonic
Gambar 5. Magnitude Komponen Arus Harmonik pada Bus 9
149
36.0
40.0
JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN
VOL. 7 NO. 2 September 2014
ISSN : 2086 – 4981
Evaluasi Batas THD dan IHD Sesuai Standard IEEE 519-1992 pada Bus 9
Bus Harmonic Voltages, Bus : BUS 9
#
5
hth
Volts Vh/V(1)%
--- ----- ---------- ------1
1
467.1 100.00
3
5
8.8 1.89
9
0.0 0.00
# hth
Volts Vh/V(1)%
---- ----- ---------- ------2
3
0.0 0.00
4
7
0.6 0.12
# Bus Name
SysVolt V(1) V(rms) V(peak) THD
---- --------------- -------- -------- -------- ------6 BUS 1
69000 68996 69009 95888 2.00%
7 BUS 10
4160 3910 3911 5435 1.96%
8 BUS 11
480
452
452
628 1.95%
9 BUS 12
480
442
442
614 2.00%
10 BUS 13
2400 2208 2208 3068 2.00%
11 BUS 2
69000 68996 69009 95888 2.00%
12 BUS 3
13800 13799 13817 20767 5.15%
13 BUS 4
480
456
456
634 1.94%
14 BUS 5
13800 13799 13817 20748 5.06%
15 BUS 6
13800 13773 13791 20709 5.07%
16 BUS 7
13800 13799 13816 20747 5.06%
17 BUS 8
13800 13799 13817 20748 5.06%
18 BUS 9
480
467
467
649 1.90%
Bus Voltage THD
limit
Branch Current THD =
=
1.90 %
0.12 %
Limit = 5.00 % Under
Limit = 8.00 % Under limit
Pembahasan Bus 9
Pada Bus 9 adalah salah satu bus yang
terdapat beban yaitu adjustable speed
drives (ASD), nilai THDV THDI tidak
melebihi batas standar. Untuk THDV
THDI nilainya tidak lebih dari nilai batas
standar. Bentuk gelombang tegangan
terlihat
lebih
sinoid
dibanding
gelombang arus, gelombang tegangan
1.90 % kendatipun gelombang arus
tersebut masih dibawah ambang batas
yaitu 0.12 % dari batas yaitu 8 %.
Berdasarkan hasil penelitian dan
pembahasan yang dilakukan dengan :
1. THDV dan THDI ditinjau disetiap
bus.
2. Evaluasi Batas THD dan
IHD Sesuai Standard IEEE
519-1992 pada setiap bus.
3. Hasil analisis untuk semua bus.
150
Maka diperoleh THD terbesar
dengan sumber harmonik yaitu
adjustable speed drives (ASD),
terjadi di bus 9 sebesar 1.54 %,
tegangan fundamental = 467 (Volt),
rms = 467 (Volt), tegangan puncak =
1.395 (p.u). Arus puncak = 2190.78
Ampere, arus THD = 2.48 %, arus
(rms) = 1533.69 Ampere, arus
fundamental (1) = 1533.21 Ampere.
Untuk nilai THD tidak melebihi batas
dari standar IEEE 519-1992 yaitu 5
% untuk tegangan dan 8 % untuk
arus. Nilai THD yang melewati batas
standar tersebut maka diperlukan
pemasangan filter untuk mengurangi
distorsi harmonik dan untuk nilai
THD yang tidak melewati batas
tersebut maka tidak perlu dilakukan
pemasangan filter karena masih
JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN
VOL. 7 NO. 2 September 2014
dibawah
batas
ditetapkan.
yang
telah
308, John
Norwich.
ISSN : 2086 – 4981
Wiley
&
Sons,
[3] Gonen T, 1986, “ Electric Power
distribution System Engineering
” McGraw-Hill Book Company,
pp : 442-448.
KESIMPULAN
Kesimpulan
yang
dapat
diambil dari penelitian :
1. Aplikasi
EDSA
dapat
membantu dalam menganalisis
gelombang
harmonik
pada
sistem distribusi.
2. Distorsi arus harmonik individu
(IHDI) pada setiap cabang
(branch) dan bus pada sistem
distribusi tenaga listrik data
kasus uji-sistem (test system)
IEEE
:
Sistem
Distribusi
Setimbang 13-Rel suatu Industri
(Abu-hashim dkk, 1999) tidak
melebihi batas standar dari 8 %.
3.
Distorsi tegangan harmonik
individu (IHDV) pada setiap
cabang (branch) dan bus pada
sistem distribusi tenaga listrik
data kasus uji-sistem (test
system) IEEE : Sistem Distribusi
Setimbang 13-Rel suatu Industri
(Abu-hashim dkk, 1999) tidak
melebihi batas standar 5 %.
4. Bentuk
gelombang
dan
magnitude tegangan dan arus
pada setiap cabang dan bus
pada kondisi sumber diberi
harmonik
tegangan
serta
harmonik arus menunjukkan
fungsi sinusoidal.
5. Level distorsi harmonik tidak
melebihi standar IEEE 5191992, pada setiap bus dan
cabang pada kondisi sumber
diberi harmonik tegangan serta
harmonik arus.
[4] IEEE Standard 519-1992, “ IEEE
Recommended Practices and
Requirements for Harmonic
Control in Electric Power
Systems“
[5] Isnaeni
B.S.
M,
2000,
“Pengurangan arus harmonik
netral pada untai 3 fase 4 kawat
berbeban
lampu
fluoresen
“Tesis S2 Program Studi Teknik
Elektro Pascasarjana UGM .
[6] Mayodoromo, Julio G, and
Valcarcel, Manuel,
Oktober
1993 “Harmonic Power Flow for
Unbalanced Systems”, IEEE
Transactions on Power Delivery,
8 (4).
[7] Mark Halpin, S, F,
Burch
Reuben,
“Harmonic
limit
Compílanse Evaluations Using
IEEE
519-1992”,
Mississipi
State University, Starkville, MS,
Alabama
Power
Company,
Birmingham, AL.
[8] McEachern A, February1 1993 “
How Utilities Can Charge for
Harmonics, “ Minutes of the
IEEE Working Group on Power
System Harmonic, IEEE-PES
Winter Meeting, Columbus,
Ohio.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Acha E, Madrigal.M, 2001 “
Power System Harmonic “ John
Wiley & Sons, LTD
[9] Nababan. S, 2001, Tapis paralel
pasif untuk mengurangi distorsi
harmonik beban tak linear, Tesis
S2 Program Studi Teknik
Elektro Pascasarjana UGM.
[2] Arrilaga, J., Bradley, D.A.,
Bodger, P.S., 1985, Power
System Harmonics, pp. 296-
151
JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN
VOL. 7 NO. 2 September 2014
[10] Phipps J.K, .P Nelson J.P,
Sen P.K, March / April 1994 “
Power Quality and Harmonic
Distortion
on
Distribution
Systems “ in IEEE Trans. On Ind
Appl., 30 (2) : 176-184.
[11] Ribeiro. F, Paolo, W. Chang,
Gary, Xu, Wilson,”Modelling Of
Harmonic
Source,
Power
Electronic Converters”, BMX
Technologies, Inc, lynchburg,
VA 24505-0785, Siement Power
T&D, Brooklyn Park, MN, USA,
University of Alberta, Edmonton,
Alberta, Canada.
[12] Roger C. Dugan, Mark F.
McGranaghan, H. Wayne Beaty,
1996 “ Electrical Power Systems
Quality “ McGraw-Hill.
[13] Suprianto, 2005, Evaluasi
Harmonik pada Sistem Tenaga
Listrik
(Studi
Kasus
PT.
Krakatau Stell), Tesis S2
Program Studi Teknik Elektro
Pascasarjana UGM.
[14] Yan Y.H, Chen C.S, Moo
C.S, and C.T. Hsu, March / April
1994 “Harmonic Analysis for
Industrial Customers “,in IEEE
Trans. On Ind Appl., 30 : (2) :
462 -468
152
ISSN : 2086 – 4981