ANALISIS DISAIN FILTER LC UNTUK SISTEM DAYA. Design Analysis of LC Filter for Power System

Transkripsi

1 Techno, ISSN Volume No., Oktober 0 Hal ANAISIS DISAIN FITE C UNTUK SISTEM DAYA Design Analysis of C Filter for Power System usli Gustiono SMK Negeri Gebang Cirebon Jl. aya Gebang Ilir, Perum Gebang Permai No. Cirebon Telepon : rusli.gustiono@yahoo.com ABSTACT Static converter and electronic device are able to generate harmonics current. Harmonics current can causes overheating of rotational machinery, transformator, magnetic contactor and cable of line distribution. Harmonic current effect is able to be reduced with using harmonic filter. Actually, for significant harmonic reduction must do field experiment or trial but determine resonance frequency, value of induktor and capacitor are first step in design filter before to do field experiment. This papper to intoduce other analysis in determining or calculating resonance frequency which be basic in harmonic filter design. Key word: frequency resonance, harmonic filter Pendahuluan atar Belakang Beban-beban non linier seperti peralatan elektronik,inverter, rectifier,ups dan peralatan static converter lainnya menyebabkan distorsi bentuk gelombang pada saluran daya. Bentuk gelombang yang terdistorsi merupakan sintesis dari gelombang berfrekuensi dasar dengan sejumlah gelombang yang berfrekuensi kelipatan dari frekuensi dasar. Gelombang dengan frekuensi kelipatan dari frekuensi dasar disebut gelombang harmonik. Bebanbeban non linier merupaakan generator gelombang harmonik. Gelombang-gelombang dengan frekuensi harmonik mengakibatkan meningkatnya rugi-rugi histerisis dalam bentuk panas pada transformator, motor induksi, kabel dan pada kontaktor magnet. Gelombang-gelombang dengan frekuensi harmonik juga dapat mengakibatkan kesalahan pembacaan pada alat-alat ukur elektromekanik yang menggunakan prinsip kerja elektromagnet. Sebuah transformator daya dapat meledak hanya karena menanggung harmonik yang tinggi. Untuk mengatasi masalah harmonik pada system daya diperlukan rangkaian filter. angkaian filter ini tentunya harus berfungsi ganda yaitu pada frekuensi dasar (frekuensi daya)filter harus mampu menyuplai sebagian kebutuhan daya reaktif beban dan pada frekuensi diatas frekuensi dasar filter harus mampu mentanahkan/menapis gelombang harmonik. Dasar-dasar angkaian Filter Pasif C G Dari rangkaian pada gambar impedansi filter adalah : = dimana = Пf Gambar angkaian filter pasif C untuk system daya () Ketika bagian imajiner dari impedansi berharga nol, maka besar impedansi akan mencapai nilai minimum, yaitu sebesar: min = + j ( C ) C Nilai impedansi mencapai minimum pada saat: = C C Generator Harmonik/ Converter M () (3) Frekuensi saluran daya yang menyebabkan impedansi filter berharga minimum disebut frekuensi

2 usli Gustiono resonansi f r yang berkoresponden dengan nilai. Sehingga persamaan (3) dapat ditulis menjadi: r = C Sehingga persamaan ()menjadi: = Daya yang diserap rangkaian filter pada saat resonansi adalah: Ini merupakan daya maksimum yang diserap rangkaian filter. Dengan memperhatikan persamaan (), maka persamaan (7)dapat diubah menjadi: (4) (5) (6) (7) (8) Ketika rangkaian bekerja diluar titik resonansi maka ada suatu frekuensi yang menempatkan rangkaian filter menyerap daya setengahnya dari daya maksimum. P f = 0,5.P f max V ( ). = 0,5. + j P f = I f max. P f max = ( V ). min P f max = V ( r ) r C V Sehingga besar impedansi filter setengah daya adalah: (9) (0) menginformasikan bahwa rangkaian filter bersifat induktif. Kondisi tersebut terjadi ketika rangkaian bekerja diatas frekuensi resonansi. Dengan mengalih bentuk persamaan () menjadi: + r C - r = 0 (4) maka akan didapat harga yang positif,yaitu: = (5) Karena yang didapat berada dibawah harga r, maka tersebut diberi simbol. (6) Dengan mengalih bentuk persamaan (3) menjadi: - r C - r = 0 (7) maka akan didapat harga yang positif, yaitu: 8) - + (- r C ) r C +4 r + (- = r C ) - r C +4 r = r C + ( r C ) + 4 r ( Karena yang didapat berada diatas harga r, maka tersebut diberi simbol H. + ( r C ) + 4 r H = r C (9) = () Persamaan () mengandung pengertian bahwa bagian imajiner dari persamaan (5) dapat bernilai: ( r ) = - r C = ( r ) r C () (3) Dengan memperhatikan sifat rangkaian pada gambar, persamaan () menginformasikan bahwa rangkaian filter bersifat kapasitif. Kondisi tersebut terjadi ketika rangkaian bekerja dibawah frekuensi resonansi. Sedangkan persamaan (3) r H Gambar Grafik impedansi filter terhadap frekuensi Techno, Volume No., Oktober 0

3 Analisis Disain Filter c untuk Sistem Daya Analisis Disain filter C dengan mensubstitusikan persamaan () ke persamaan (0), maka akan didapat bentuk persamaan: G C Generator Harmonik/ Converter M ( o ) o C = ( r ) r C () Karena diasumsikan hanya nilai C yang berbeda, maka harga dari o C akan sama dengan harga dari r C, yaitu menyataakan nilai induktansi filter (). Sehingga bentuk persamaan () menjadi: o = ( + ) - r Jika dari gambar 4 diasumsikan bahwa: () = ν. o (3) Gambar 3 angkaian filter pasif C untuk system daya r = ε. (4) Dengan mensubstitusi persamaan (4) ke persamaan (), maka akan didapat bentuk persamaan berikut: o = + ( ε ) (5) Filter C o,44,44ε Menentukan Nilai Batas ε (6) Filter C Berdasarkan gambar 4 serta persamaan (3) dan (4), maka harga ν dan ε haruslah: ν > (7) o r H Gambar 4 Grafik impedansi filter C dan C terhadap frekuensi Dengan memperhatikan gambar 3 diambil asumsi rangkaian filter C hanya berbeda pada nilai C jika dibandingkan terhadap filter C dengan tujuan bahwa filter C dapat berfungsi sebagai penyedia daya reaktif pada frekuensi daya. Berdasarkan gambar 4 pada frekuensi besar impedansi kedua filter sama, sehingga impedansi filter C pada frekuensi adalah: = ( o ) o C Techno, Volume No., Oktober 0 (0) Pada filter C ketika rangkaian bekerja pada frekuensi, maka filter bersifat kapasitif. Sehingga ε > (8) Substitusikan persamaan (3) dan (4) ke persamaan (5), sehingga diperoleh bentuk persamaan berikut: ν = Persamaan (9) akan bernilai real jika: + ( ε ) > 0 (30) ε ( + ) < 0 ε+ + + ( ε ) (3) ε- + < 0 (9) (3) Dengan memperhatikan persamaan-persamaan (8) dan (3), maka akan didapat nilai batas yang diijinkan untuk ε.

4 usli Gustiono Nilai batas ε tersebut adalah: < ε < + atau secara pendekatan: < ε <,3065 (34) (33) Jika persamaan (6) dan (9) diperkalikan, maka akan didapat bentuk bersamaan berikut ini: r = H (35) Dengan mensubstitusikan persamaan (4) ke persamaan(35), maka akan didapat nilai ε yang dinyatakan dalam bentuk persamaan berikut: (36) ε = H (37) dimana dan H adalah frekuensi-frekuensi harmonik dominan yang berdekatan dengan adalah frekuensi harmonik bawah dan H adalah frekuensi harmonik atas. Persamaan (36) merupakan salah satu cara menentukan satu bilangan dari sejumlah bilangan yang mungkin dimana batas-batasnya diberikan oleh persamaan (34) tersebut diatas. angkaian filter akan beresonansi ketika frekuensi harmonik bernilai: o = Пf o + Dengan merujuk pada persamaan (4), maka persamaan (38) dapat ditulis: f o = П C + (38) (39) Sementara dari persamaan (5) didapat persamaan berikut: f o = f,44,44ε Dari persamaan (36) didapat persamaan berikut: (40) f (4) f atau, karena f H = (n H)f dan f = (n )f, maka n (4) n Sehingga: ε = n H (43) dimana n dan n H merupakan bilangan-bilangan harmonik dominan yang berdekatan. Dalam merencang disain filter untuk system daya data frekuensi harmonik dominan mutlak diperlukan dengan demikian untuk menentukan nilai C dapat digunakan persamaan (39),persamaan (40)dan persamaan (43) Kesimpulan. Filter dapat bersifat induktif maupun kapasitif. Untuk keperluan konservasi energi listrik biasanya disain filter bersifat kapasitif sehingga filter pada frekuensi daya dapat menyediakan sebagian keperluan daya reaktif beban.. Untuk merancang disain filter harmonik mutlak diperlukan data mengenai frekuensi harmonik dominan. 3. Melalui analisis didapat hubungan antara frekuensi resonansi dan frekuensi harmonik dominan bawah yang dapat menjadi alternatif dalam perancangan disain harmonik filter untuk system daya. Hubungan tersebut dinyatakan dalam bentuk atau o = + ( ε ) f o f,44,44ε Techno, Volume No., Oktober 0

5 Analisis Disain Filter c untuk Sistem Daya Daftar Pustaka:. Bird, John, Electrical circuit theory and technology, 003, Newnes. Edminister, Joseph A., angkaian istrik Seri Buku Schaum, 99, Erlangga,Jakarta. 3. Mohan, Ned, at all, Power Electronic,985, John Wiley & Sons, Inc. 4. Miller, T.J.E, Electric Power Control in Electric system, 98, John wiley & Sons 5. ashid, MH, Power Electronic, 00, Academic Press Techno, Volume No., Oktober 0