ABSTRAK Kata kunci : Beban non linier, Harmonisa, THD, filter aktif high-pass.

Transkripsi

1 ABSTRAK Hotel The Bene Kuta yang berlokasi di jalan Bene Sari Kuta-Bali, memiliki suplai daya terpasang berkapasitas 630 KVA. Beban non linier yang terdapat pada SDP mengakibatkan adanya distorsi harmonisa yang berdampak pada rugi rugi daya. Kandungan harmonisa arus pada sistem kelistrikan di hotel The Bene Kuta belum memenuhi standar IEEE yang mengakibatkan kualitas daya menurun. Penelitian ini menganalisis pemasangan filter aktif type high-pass guna meredam distorsi harmonisa akibat beban beban non linier, serta menganalisis rugi rugi daya pada saluran menggunakan simulasi dengan software ETAP. Analisis simulasi distorsi harmonisa dilakukan sebelum dan sesudah pemasangan filter aktif untuk mendapatkan nilai THD (Total Harmonic Distortion) yang memenuhi standar IEEE Hasil analisis dari simulasi pemasangan filter aktif type hight-pass pada sistem kelistrikan di hotel The Bene Kuta, bahwa filter aktif dapat mereduksi distorsi harmonisa pada sistem kelistrikan dengan nilai THDI pada SDP1 sebesar 0,81 %, SDP2 sebesar 1,97 %, SDP3 sebesar 1,92 %, SDP4 sebesar 0,86 %, SDP5 sebesar 2,30%, SDP6 sebesar 1,05%, dan SDP7 sebesar 1,68 %. Kemudian nilai THDV hasil running simulasi pada semua SDP sebelum pemasangan filter aktif yaitu 1,92 % dan sesudah pemasangan filter aktif yaitu 0,31 %. Hasil simulasi pemasangan filter aktif telah dapat memenuhi standar IEEE dengan nilai THDI dan THDV dibawah 5%. Total rugi rugi daya sebelum pemasangan filter aktif adalah 1205,09 Watt dan sesudah pemasangan menjadi 6,067 Watt. Adanya pemasangan filter aktif mengakibatkan rugi rugi daya menurun. Kata kunci : Beban non linier, Harmonisa, THD, filter aktif high-pass. i

2 ABSTRACT The Bene Hotel Kuta is located on the road Bene Sari Kuta-Bali, has an installed power supply capacity 630 KVA. Non-linear load contained in SDP resulted harmonic distortion impacting on losses. The content of harmonic currents in the electrical system in The Bene Hotel Kuta is not on standard IEEE to make the resulting power decrease. This study analyzes the installation of an active filter high-pass type in order to reduce harmonic distortion due to non-linear load, and to analyze power losses in line with the simulation using ETAP software. Harmonic distortion simulation analysis performed before and after installation of an active filter to get the value of THD (Total Harmonic Distortion) and meets the standard IEEE The results of the analysis simulation with active filter type hight-pass on the electrical system in The Bene Hotel Kuta, that the active filter can reduce harmonic distortion in the electrical system with THDI SDP1: 0.81%, SDP2: 1.97%, SDP3: 1.92%, SDP4: 0.86%, SDP5: 2.30%, SDP6: 1.05%, and SDP7: 1.68%. Then the value THDV results of running simulations on all SDP before installing active filter is 1.92% and after installation of an active filter is 0.31%. The simulation results active filter installation has to meet the standard IEEE with THDi and THDV below 5%. Total of losses before the installation of the active filter is Watt and after installation 6,067 Watt. The existence of an active filter installation resulting in a losses decreased power losses. Keywords : Non linier loads, Harmonic, THD, active filter hight-pass

3 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... PRASYARAT GELAR... LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS... LEMBAR PENGESAHAN... KATA PENGANTAR... ABSTRAK... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR... DAFTAR LAMPIRAN... DAFTAR SINGKATAN... i ii iii iv v i ix xii xiv x xi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Ruang Lingkup dan Batasan Masalah Sistematika Penulisan... 4

4 BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir Sistem Tenaga Listrik Karakteristik Beban Karakteristik Beban Linier Karakteristik Beban Non-linier Harmonisa Total Harmonic Distorsion Sumber Harmonisa Standarisasi Harmonisa Pengaruh Harmonisa pada Sistem Tenaga Sistem Proteksi Motor Listrik Transformator Dampak Harmonisa pada Peralatan Filter Harmonisa Filter Pasif Filter Aktif Filter Aktif Hight Pass Filter Aktif Low Pass Rugi Rugi Daya

5 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian Sumber dan Jenis Data Sumber Data Jenis Data Teknik Pengumpulan Data Analisis Data Alur Analisis BAB IV HASIL ANALISIS DAN PEMBAHASAN 4.1 Sistem Kelistrikan Hotel The Bene Kuta Pengelompokan Beban pada Setiap SDP pada Sistem Kelistrikan di Hotel The Bene Kuta Beban Non-linier pada MDP-SDP1 (Seluruh Kamar Hotel) Beban Non-linier pada MDP-SDP2 (Kitchen) Beban Non-linier pada MDP-SDP3 (Restaurant) Beban Non-linier pada MDP-SDP4 (Panel Lampu Corridor Basement) Beban Non-linier pada MDP-SDP5 (Panel Utility Atap) Beban Non-linier pada MDP-SDP6 (Pump Room) Beban Non-linier pada MDP-SDP7 (Office Basement) Kapasitas Daya Aktif, Daya Semu dan Arus Beban Non Linier pada Seluruh SDP di Hotel The Bene Kuta... 41

6 4.4 Menentukan Batas Maksimum THD Arus dan THD Tegangan Menentukan Arus Hubung Singkat Menentukan Arus Beban Maksimum Menghitung Rasio Hubung Singkat (SC Ratio) dan Menentukan Standar THD I Menentukan Standar THD V di Hotel The Bene Kuta Simulasi THD Arus dan THD Tegangan pada Sistem Kelistrikan di Hotel The Bene Kuta Perancangan Filter Aktif untuk Meredam Distorsi Harmonisa Simulasi THD Arus dan THD Tegangan Setelah Pemasangan Filter Aktif Analisis THDI Hotel The Bene Kuta Setelah Pemasangan Filter Aktif Analisis THDV Hotel The Bene Kuta Setelah Pemasangan Filter Aktif Perbandingan Rugi Rugi Daya pada Simulasi di Ketujuh SDP Sebelum dan Sesudah Pemasangan Filter Aktif BAB V PENUTUP 5.1 Simpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN Data Pengukuran Lapangan... Data Transformator Hotel The Bene Kuta... Single Line Diagram Kelistrikan Hotel The Bene Kuta... A B C

7 Running THD I dan THD V pada ETAP di Hotel The Bene Kuta... Report running analisis THD I dan THD V menggunakan kemampuan maksimal filter... Report running analisis THD I dan THD V menggunakan spesifikasi filter yang dianjurkan... D E F

8 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Batas Distorsi Harmonik Arus Untuk Sistem Distribusi Umum Tabel 2.2 Batas Distorsi Harmonik Tegangan Tabel 4.2 Data Beban Non Linier Panel Kamar Hotel Private Tabel 4.3 Data Beban Non Linier Panel Kitchen Tabel 4.4 Data Beban Non Linier Panel Restaurant Tabel 4.5 Data Beban Non Linier PanelLampu Corridor Basement Tabel 4.6 Data Beban Non Linier Panel Utility Atap Tabel 4.7 Data Beban Non Linier Panel Pump Room Tabel 4.8 Data Beban Non Linier Panel Office Basement Tabel 4.9 Total daya beban non linier Tabel 4.10 Daya aktif, daya semu, serta arus beban non linier Tabel 4.11 Nilai I L masing- masing SDP di Hotel The Bene Kuta Tabel 4.12 Nilai SCratio setiap SDP di hotel The Bene Kuta Tabel 4.13 Batas Maksimum THD I yang Diperbolehkan Tabel 4.14 Perbandingan THD I hasil pengukuran dengan standar IEEE Tabel 4.15 Perbandingan THDV hasil pengukuran dengan standar IEEE Tabel 4.16 Hasil Running Simulasi THDI dan THDV Sistem Kelistrikan Hotel The Bene Kuta Tabel 4.17 Spesifikasi Filter Harmonisa pada Setiap SDP Tabel 4.18 Perbandingan THDI Sebelum dan Sesudah Pemasangan Filter Aktif dengan Standar IEEE

9 Tabel 4.19 Perbandingan THDV Sebelum dan Sesudah Pemasangan Filter Aktif dengan Standar IEEE Tabel 4.20 Rugi rugi daya sebelum pemasangan filter Tabel 4.21 Rugi rugi daya setelah pemasangan filter Tabel 4.22 Perbandingan rugi rugi daya sebelum dan sesudah pemasangan filter... 62

10 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Contoh Saluran Distribusi dan Transmisi... 8 Gambar 2.2 Aljabar Fasor... 9 Gambar 2.3 Rangkaian Pengganti Untuk Beban Linier Gambar 2.4 Bentuk Gelombang dan Arus Beban Linier Gambar 2.5 Spektrum Arus Harmonisa Beban Linier Gambar 2.6 Rangkaian Pengganti untuk Beban Non-Linier Gambar 2.7 Bentuk Gelombang Arus dan Tegangan Beban Non-Linier Gambar 2.8 Spektrum Arus Harmonisa Beban Non-Linier Gambar 2.9 Gelombang Sinus Arus dan Tegangan Gambar 2.10 Bentuk Gelombang Fundamental Gambar 2.11 Prinsip Kerja Rangkaian Filter Paralel Gambar 2.12 Prinsip Kerja Rangkaian Filter Seri Gambar 2.13 Rangkaian Filter Pasif pada Sistem Gambar 2.14 Rangkaian Filter Aktif High Pass Gambar 2.15 Respon Frekuensi Filter Aktif High Pass (HPF) Gambar 2.16 Rangkaian Filter Aktif Low Pass Gambar 2.17 Respon Frekuensi Filter Aktif Low Pass Gambar 3.1 Alur Analisis Gambar 4.1 Single Line Diagram Sistem Kelistrikan di Hotel The Bene Kuta Gambar 4.2 Simulasi Sistem Kelistrikan di Hotel The Bene Kuta... 48

11 Gambar 4.3 Hasil Running Simulasi Sistem Kelistrikan di Hotel The Bene Kuta Gambar 4.4 Spektrum Harmonisa Tegangan Gambar 4.5 Hasil Running Gelombang Harmonisa Tegangan Gambar 4.6 Spesifikasi Filter pada SDP Gambar 4.7 Simulasi Pemasangan Filter Aktif pada Sistem Gambar 4.8 Running Simulasi dengan Filter Aktif pada Sistem Gambar 4.9 Running Spektrum dan Gelombang Setelah Pemasangan Filter Aktif pada Sistem... 57

12 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran1 Data Pengukuran Lapangan. A Lampiran2 Data Transformator Hotel The Bene Kuta... B Lampiran3 Single Line Diagram Kelistrikan Hotel The Bene Kuta.. C Lampiran4 Running THDI dan THDV pada ETAPdi Hotel The Bene Kuta.. D Lampiran5 Report running analisis THDIdan THDV menggunakan kemampuan maksimal filter. E Lampiran6 Report running analisis THDIdan THDV menggunakan spesifikasi filter yang dianjurkan F

13 DAFTAR SINGKATAN A AC ACB D DC ETAP F Hz IACS IEC IEEE IL ISC KW KWH KV KVA MDP n P PCC PF PHD Q R S SCratio SC SDP = Ampere = Air conditioning = Air circuit breaker = Distorsi = Direct current = Electric transient and analysis program = Frekuensi = Herzt = Internasional annealid copper standard = International electrotechnical commision = Institute of electrical and electronic engineering = Arus beban = Arus short circuit = Kilo watt = Kilo watt hour = Kilo volt = Kilo volt ampere = Main distribution panel = Orde harmonisa = Daya aktif = Point of common coupling = Power factor = Panel hubung bagi = Daya reaktif = Resistansi = Daya semu = Short circuit ratio = Short circuit = Sub distribution panel

14 THD THDi THDv TV V VA W Z = Total harmonisa distorsi = Total harmonisa distorsi arus = Total harmonisa distorsi tegangan = Telesi = Volt = Volt ampere = Watt = Impedansi

15 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Energi listrik memiliki peranan penting dalam kehidupan sehari-hari, mengingat segala sesuatu serta fasilitas dan alat-alat pada umumnya di zaman yang modern ini menggunakan energi listrik. Terlebih lagi kebutuhan energi listrik dalam sektor industri semakin tinggi. Sebagai konsumen listrik, kita hendaknya mengetahui pentingnya kualitas daya listrik mengingat kualitas daya sangat berpengaruh terhadap umur suatu paralatan listrik. Pelanggan tenaga listrik di sektor domestik menggunakan beban yang variatif seiring dengan perkembangan beban itu sendiri yang sangat pesat. Penggunaan beban tidak linier seperti; telesi, komputer, microwave, lampulampu fluorescent yang menggunakan ballast elektronik (lampu TL), motor-motor listrik yang dikontrol oleh konverter statis terus meningkat dengan pertimbangan efisiensi. Disisi lain, beban tidak linier mengakibatkan mutu daya listrik menurun salah satunya adalah fenomena harmonisa. Harmonisa merupakan fenomena yang timbul dari pengoperasian beban listrik yang tidak linier, dimana akan terbentuk gelombang yang berfrekuensi tinggi yang merupakan kelipatan dari frekuensi dasar 50 Hz atau 60 Hz, sehingga bentuk gelombang arus maupun tegangan yang idealnya adalah sinusoidal murni akan menjadi cacat (Tanoto. 2005). Dalam sistem tenaga listrik arus dan tegangan akan mengandung harmonisa, karena harmonisa memiliki frekuensi yang berkelipatan integer dari komponen gelombang dasarnya. Beban nonlinier adalah beban yang komponen arusnya tidak proporsional terhadap komponen tegangannya, sehingga bentuk gelombang arus maupun tegangan keluarnya tidak sama dengan gelombang masuknya (mengalami distorsi) (Dugan;Rizy,2001). Penyebab terjadinya gelombang harmonisa ini adalah

16 penggunaan beban-beban nonlinier pada sistem tenaga yang menimbulkan distorsi pada bentuk gelombang sinus. Semakin banyak peralatan elektronika yang digunakan seperti: tv, komputer, dan alat penghemat daya akan semakin menambah harmonisa pada arus listrik, sehingga THD yang dihasilkan akan semakin besar. Bila komponen listrik terpengaruh harmonisa maka dapat terjadi penurunan kinerja dan bahkan kerusakan alat. Dengan demikian perlu adanya solusi untuk mengatasi permasalahan tersebut. Hotel The Bene Kuta memakai berbagai peralatan elektronik seperti komputer, lampu TL, LCD TV, serta motor motor listrik seperti lift, pompa air, waterhitter, dan lain sebagainya. Beban non linier inilah yang sangat mempengaruhi timbulnya harmonisa dalam sistem kelistrikan di hotel The Bene Kuta. Sistem kelistrikan Hotel The Bene Kuta disuplai oleh transformator dari PLN dengan kapasitas 630 kva serta genset dengan kapasitas 500 kva yang terkoneksi dengan ATS (Auto Transfer Switch) yang selanjutnya ke MDP dan ke masing masing SDP. Hasil pengukuran di lapangan yang di lakukan pada tanggal 13 juni 2016 pukul didapat besarnya THDI pada MDP yaitu sebesar phasa R = 11,06 %, S= 10,87 %, dan T= 9,81% yang melebihi standar (IEEE Std ) yaitu sebesar 5 %. Kemudian untuk THDV pada MDP yaitu, phasa R = 1,7 %, S = 1,5 %, dan T = 1,4 % yang masih memenuhi standar yaitu 5 %. Dari hasil pengukuran tingginya nilai harmonisa arus di hotel the bene perlu ditangani guna memperbaiki kualitas daya listrik di hotel tersebut. Dengan demikian akan dilakukan pemasanga filter aktif serta diadakan penelitian lebih lanjut untuk menangani distorsi harmonisa agar nantinya dapat memenuhi standar yang telah ditetapkan. Besarnya harmonisa pada suatu sistem kelistrikan disebut dengan Total Harmonic Distortion (THD). Total Harmonic Distortion (THD) merupakan persentase dari total frekuensi harmonisa terhadap frekuensi fundamentalnya (Ngakan. 2014). Harmonisa ini dapat diminimalisir dengan pemasangan filter harmonisa yaitu filter aktif, filter pasif, maupun filter hybrid. Tujuan pemasangan

17 filter harmonisa untuk mereduksi amplitudo frekuensi dari sebuah tegangan atau arus. Dengan penambahan filter harmonisa pada suatu sistem tenaga listrik yang mengandung sumber-sumber harmonisa, maka penyebaran arus harmonisa ke seluruh jaringan dapat ditekan sekecil mungkin. Selain itu filter harmonisa pada frekuensi fundamental dapat mengkompensasi daya reaktif dan dipergunakan untuk memperbaiki faktor daya sistem. Penggunaan filter harmonisa pada frekuensi dasarnya 50 Hz dapat mengkompensasi daya reaktif dan memperbaiki faktor daya mencapai Dengan diketahuinya berbagai permasalahan tersebut, maka pada Tugas Akhir ini akan dibahas mengenai Simulasi serta peredaman distorsi harmonisa dengan menggunakan filter aktif dan menghitung rugi rugi daya di Hotel The Bene Kuta. 1.2 Rumusan Masalah Dari penjelasan latar belakang diatas, dapat di buat rumusan masalah sebagai berikut: 1. Bagaimana sistem kelistrikan dan THD di hotel The Bene Kuta? 2. Bagaimana simulasi peredaman distorsi harmonisa menggunakan filter aktif dengan menganalisis rugi rugi daya pada sistem kelistrikan di hotel the bene kuta? 1.3 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini antara lain sebagai berikut : 1. Mengetahui sistem kelistrikan dan THD di hotel The Bene Kuta. 2. Mengetahui simulasi peredaman distorsi harmonisa menggunakan filter aktif dengan menganalisis rugi rugi daya pada sistem kelistrikan di hotel the bene kuta.

18 1.4 Manfaat Penelitian Adapun manfaat penulisan tugas akhir ini adalah agar dapat memberikan pengetahuan kepada kita semua khususnya mahasiswa Teknik Elektro tentang bagaimana simulasi peredaman distorsi harmonisa menggunakan filter aktif dengan menganalisis rugi rugi daya pada sistem kelistrikan di hotel the bene kuta. 1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah Mengingat luasnya ruang lingkup permasalahan dalam pembahasan Tugas Akhir ini, maka adapun batasan masalah yang dibuat yaitu: 1. Analisa perhitungan simulasi menggunakan data beban hotel The Bene Kuta. 2. Simulasi pada sistem kelistrikan di hotel The Bene Kuta untuk menangani distorsi harmonisa ini menggunakan aplikasi ETAP Powerstation. 3. Model sistem kelistrikan yang digunakan dalam simulasi adalah sistem listrik dengan asumsi beban yang seimbang 4. Hanya membahas THDi, THDv, dan rugi rugi daya. 1.6 Sistematika Penulisan Sistematika penulisan Tugas Akhir ini meliputi lima bab seperti yang diuraikan dibawah ini : BAB I : PENDAHULUAN Pada bab pendahuluan diulas tentang latar belakang penulisan, rumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, ruang lingkup dan batasan masalah BAB II : TINJAUAN PUSTAKA

19 Dibahas tentang materi serta teori-teori harmonisa, sistem kelistrikan hotel, faktor daya, serta teori-teori penunjang lainnya yang digunakan untuk pemecahan masalah. BAB III : METODELOGI PENELITIAN Pada bab ini menjelaskan mengenai tempat penelitian dan waktu penelitian, sumber data, teknik pengumpulan data, dan langkahlangkah pelaksanaan penelitian serta alur analisis yang digunakan. BAB IV : ANALISIS DAN PEMBAHASAN Pada bab ini membahas tentang analisa data dan simulasi untuk mengurangi distorsi harmonisa di hotel The Bene Kuta. BAB V : PENUTUP Dalam bab ini berisi tentang simpulan dan saran dari hasil analisa yang dilakukan.