REDUKSI HARMONISA DENGAN MENGGUNAKAN FILTER PASIF SINGLE TUNE DAN FILTER MATRIX (STUDI KASUS PADA INDUSTRI PENGOLAHAN PLASTIK) TESIS.

Transkripsi

1 REDUKSI HARMONISA DENGAN MENGGUNAKAN FILTER PASIF SINGLE TUNE DAN FILTER MATRIX (STUDI KASUS PADA INDUSTRI PENGOLAHAN PLASTIK) TESIS Oleh : MUHAMMAD IKHWAN FAHMI /MTE FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2017

2 REDUKSI HARMONISA DENGAN MENGGUNAKAN FILTER PASIF SINGLE TUNE DAN FILTER MATRIX (STUDI KASUS PADA INDUSTRI PENGOLAHAN PLASTIK) TESIS Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknik Elektro Pada Fakultas Teknik Oleh : MUHAMMAD IKHWAN FAHMI /MTE FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2017

3 Judul Penelitian Nama Mahasiswa :Reduksi Harmonisa Dengan Menggunakan Filter Pasif Single Tune dan Filter Matrix (Studi Kasus Pada Industri Pengolahan Plastik) : Muhammad Ikhwan Fahmi Nomor Induk : Program Studi : Magister Teknik Elektro Menyetujui Komisi Pembimbing : (Prof. Dr. Ir. Usman Baafai) (Dr. Eng Ariadi Hazmi) Ketua Program Studi, Dekan, (Suherman, Ph.D) (Ir. Seri Maulina, M.Si, Ph.D) Telah Lulus : 30 Juni 2016

4 Telah diuji pada Tanggal : 30 Juni 2016 PANITIA PENGUJI TESIS : Ketua : Prof. Dr. Ir. Usman Baafai Anggota : 1. Dr. Eng Ariadi Hazmi 2. Prof. Drs. Tulus, M.Si, Ph.D 3. Suherman, Ph.D

5 ABSTRAK Penggunaan beban non linier yang ditimbulkan oleh mesin-mesin industri dapat mengakibatkan harmonisa arus yang tidak sesuai dengan standar IEEE Tesis ini membahas tentang penggunaan filter pasif single tuned dan filter matrix dalam mereduksi harmonisa dan membandingkan hasil reduksi dari kedua filter tersebut. Permodelan sistem yang ditinjau menggunakan simulasi matlab/simulink menghasilkan total harmonic distortion (THD) sebesar 15,55%, dapat direduksi menjadi 4,77% menggunakan filter pasif single tuned dan 3,06% menggunakan filter matrix. Sehingga dengan kedua filter tersebut menghasilkan harmonisa yang sesuai dengan standar IEEE Dari hasil simulasi terlihat juga bahwa filter pasif single tuned mampu mereduksi harmonisa arus 82,23% pada target ordo harmonisa yang ingin direduksi dan mereduksi harmonisa ordo lainnya antara 7% sampai 8%. Sedangkan dengan menggunakan filter matrix mampu mereduksi harmonisa pada target ordo yang diinginkan sebesar 97,86% dan mampu mereduksi ordo harmonisa lainnya antara 50% sampai 70%. Kata-kata kunci: harmonisa, filter pasif single tuned, filter matrix

6 ABSTRACT The use of non-linear loads generated by industrial machinery can result in current harmonics according to the standard IEEE This thesis discusses the use of single tuned passive filter and the matrix filter in reducing harmonics and comparing the results of the reduction of the both filter. Modeling system being simulated using simulation matlab / Simulink produces a total harmonic distortion (THD) of 15.55%, can be reduced to 4.77% using a single passive filter tuned and 3.06% using a filter matrix. So both filter generates harmonics which conform to the IEEE From the simulation results shown also that the single tuned passive filter capable of reducing harmonic current target of 82.23% in ordo harmonics want to reduce harmonics are reduced and other ordo between 7% to 8%. While using filter matrix able to reduce harmonics ordo to expect the target of 97.86% and other harmonic ordo can reduce between 50% to 70%. Keyword : harmonic, passive filter single tuned, matrix filter

7 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan kemudahannya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan proposal penelitian ini. Proposal penelitian ini disusun sebagai syarat untuk melakukan penelitian tesis di Program Studi Magister Teknik Elektro USU. Penelitian ini berjudul Reduksi Harmonisa Dengan Menggunakan Filter Pasif Single Tune Dan Filter Matrix (Studi Kasus Pada Industri Pengolahan Plastik). Pada kesempatan ini penulis akan menyampaikan rasa terima kasih kepada: 1. Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai dan Bapak Dr. Eng. Ariadi Hazmi selaku dosen pembimbing dalam pengerjaan tesis ini. 2. Bapak Suherman, Ph.D selaku ketua Program Studi 3. Seluruh dosen pengajar dan staf administrasi Magister Teknik Elektro USU 4. Almarhum Bapak dan Ibunda, serta istri yang telah memberikan dukungan baik dalam bentuk materi, moril dan doa yang sungguh tidak terbalas dengan apapun 5. Juga kepada seluruh rekan mahasiswa/i Magister Teknik Elektro USU yang telah banyak memberikan dukungan bagi penulis 6. Semua pihak yang telah membantu penulis dan tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. i

8 Akhirnya penulis berharap semoga penelitian ini nantinya dapat bermanfaat serta menambah pengetahuan bagi pembaca. Kritik dan saran yang sifatnya membangun sangat penulis harapkan dari para pembaca untuk kesempurnaan tulisan ini. Medan, Januari 2017 Penulis, Muhammad Ikhwan Fahmi ii

9 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR.. DAFTAR ISI.... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL.... i iii vi viii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian Batasan Masalah Manfaat Penelitian BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA Industri Pengolahan Plastik Faktor Daya Faktor Daya Tanpa Harmonisa Faktor Daya Dengan Harmonisa Harmonisa Harmonisa Pada Beban Non Linier Standar Harmonisa IEEE Reduksi Harmonisa iii

10 2.7 Filter Pasif Single Tuned Karakteristik Filter Pasif Single Tuned Perancangan Filter Pasif Single Tuned Filter Matrix Karakteristik Filter Matrix Perancangan Filter Matrix Perhitungan Hubung Singkat BAB 3 METODELOGI PENELITIAN Lokasi Penelitian Teknik Pengukuran Prosedur Penelitian Hasil Pengukuran Perhitungan Arus Hubung Singkat (Isc) Perbandingan Batas Standar Harmonisa Perhitungan Filter Pasif Single Tuned Perhitungan Filter Matrix BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Penelitian Simulasi Matlab Tanpa Menggunakan Filter Simulasi Dengan Menggunakan Filter Pasif Single Tuned Simulasi Matlab Dengan Menggunakan Filter Matrix Pembahasan Hasil iv

11 4.3.1 Perbandingan Hasil Simulasi Reduksi Harmonisa Reduksi Harmonisa Terhadap Standar IEEE Tingkat Reduksi Harmonisa Filter Pasif Single Tuned dan Filter Matrix Komponen Filter Harmonisa BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA v

12 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1. Diagram Satu Garis Sistem Kelistrikan... 2 Gambar 2.1. Segitiga Daya Untuk Kebutuhan Daya Reaktif Gambar 2.2. Sudut Fasa Gelombang Tegangan dan Arus Gambar 2.3. Sudut Fasa Gelombang Tegangan dan Arus Kondisi Harmonisa Gambar 2.4. Gelombang Sinusoidal dan Terdistorsi Gambar 2.5. Urutan Orde Harmonisa Gambar 2.6. Arus Magnetisasi Non Linier Saturasi pada Saat Transformator Bekerja Gambar 2.7. Bentuk Gelombang Tegangan Terdistorsi dengan Beban Non Linier.. 27 Gambar 2.8. Rangkaian Filter Pasif Gambar 2.9. Jenis-jenis Filter Pasif Gambar Filter Pasif Single Tuned Gambar Rangkaian Komponen Filter Matrix Gambar Bentuk Gelombang Filter Matrix Pada Penyearah 6 Pulsa dan Filter Reactor Pada Penyearah 12 Pulsa dan 18 Pulsa Gambar Karakteristik Harmonisa Terhadap Beban Gambar Karakteristik Faktor Daya Terhadap Beban Gambar Spektrum Arus Harmonisa Sebelum di Filter Gambar Spektrum Arus Harmonisa Setelah di Filter Gambar Diagram Satu Garis Jaringan Beban Non Linier dengan Filter Matrix Gambar Rangkaian Ekivalen Sistem Dengan Filter Matrix Gambar Rangkaian Konversi Delta ke Bintang Gambar Rangkaian Ekivalen Setelah Konversi Rangkaian Delta ke Bintang.. 50 Gambar Rangkaian Ekivalen Dengan Sumber Tegangan Harmonisa Gambar Rangkaian Ekivalen Dengan Sumber Arus Harmonisa Gambar 3.1. Rangkaian Diagram Satu Garis Industri Plastik Gambar 3.2. Alat Ukur Power Quality Analyzer vi

13 Gambar 3.3. Diagram Alir Penelitian Gambar 3.4. Spektrum Gelombang Harmonisa Tegangan Phasa L1, L2, L Gambar 3.5. Spektrum Gelombang Harmonisa Arus Phasa L1, L2, L Gambar 3.6. Grafik Harmonisa Tegangan Phasa L1, L2, L Gambar 3.7. Grafik Harmonisa Arus Phasa L1, L2, L Gambar 3.8. Grafik Interharmonik Tegangan Phasa L1, L2, L Gambar 3.9. Grafik Interharmonik Arus Phasa L1, L2, L Gambar Grafik Impedansi Frekuensi Harmonisa Gambar Grafik Reaktansi Total Penggunaan Filter Matrix Gambar 4.1. Simulasi Matlab/Simulink Tanpa Menggunakan Filter Gambar 4.2. Gelombang Arus Hasil Simulasi Tanpa Menggunakan Filter Gambar 4.3. Barchart Arus Harmonisa Hasil Simulasi Tanpa Menggunakan Filter 89 Gambar 4.4. Simulasi Matlab/Simulink Filter Pasif Single Tuned Gambar 4.5. Gelombang Arus Hasil Simulasi Filter Pasif Single Tuned Gambar 4.6. Barchart Arus Harmonisa Hasil Simulasi Filter Pasif Single Tuned Gambar 4.7. Simulasi Matlab/Simulink Menggunakan Filter Matrix Gambar 4.8. Gelombang Arus Hasil Simulasi Filter Matrix Gambar 4.9. Barchart Arus Harmonisa Hasil Simulasi Filter Matrix Gambar Perbandingan Bentuk Gelombang Arus Hasil Simulasi Gambar Perbandingan Barchart Arus Harmonisa Hasil Simulasi Gambar Grafik Hasil Perbandingan Arus Harmonisa Gambar Grafik Arus Harmonisa Dengan Standar IEEE vii

14 DAFTAR TABEL Tabel 1.1. Data Pengukuran Harmonisa Beban Mesin Produksi... 3 Tabel 1.2. Penelitian Filter Pasif... 5 Tabel 2.1. Standar Harmonisa Tegangan IEEE Tabel 2.2. Standar Harmonisa Arus IEEE Tabel 2.3. THDi Individu Terhadap Reaktansi Sistem Sebelum Pemakaian Filter Matrix Tabel 2.4. THDi Individu Terhadap Impedansi Filter Matrix Tabel 3.1. Data Penggunaan Beban Listrik Pada Mesin Produksi Tabel 3.2. Hasil Pengukuran dengan Alat Ukur Power Quality Analizer Tabel 3.3. Data Perbandingan Standar Harmonisa Tegangan Per Phasa Tabel 3.4. Data Perbandingan Standar Harmonisa Arus Per Phasa Tabel 3.5. Hasil Perhitungan Nilai Filter Pasif Single Tuned Tabel 3.6. Impedansi dan Parameter Filter Tabel 4.1. Hasil Simulasi Tanpa Filter Harmonisa (IHDi %) Tabel 4.2. Hasil Simulasi Dengan Filter Pasif Single Tuned (IHDi %) Tabel 4.3. Hasil Simulasi Dengan Filter Matrix (IHDi %) Tabel 4.4. Data Perbandingan Standar Harmonisa Arus Individual (IHDv%) Tabel 4.5. Tingkat Penurunan Harmonisa Arus dengan Filter Pasif Single Tuned Tabel 4.6. Tingkat Penurunan Harmonisa Arus dengan Filter Matrix Tabel 4.7. Perbandingan Nilai Parameter Filter Tabel 5.1. Perbandingan Lainnya Dari Penggunaan Filter Pasif Single Tuned Dan Filter Matrix viii