NOPTIN HARPAWI NRP Dosen Pembimbing Prof. Dr. Ir. Adi Soeprijanto, MT Ir. Sjamsjul Anam, MT

Transkripsi

1 ANALISIS PENGARUH PEMASANGAN MINI CAPACITOR BANK TERHADAP KUALITAS LISTRIK DI RUMAH TANGGA SERTA PERANCANGAN FILTER AKTIF MENGGUNAKAN KONTROLER PI SEBAGAI PELINDUNG KAPASITOR DARI HARMONISA NOPTIN HARPAWI NRP Dosen Pembimbing Prof. Dr. Ir. Adi Soeprijanto, MT Ir. Sjamsjul Anam, MT

2 1 PENDAHULUAN TEORI PENUNJANG 3 METODOLOGI 4 PENGUKURAN, SIMULASI DAN ANALISIS 5 PENUTUP Presentasi Sidang Tugas Akhir (Semester Genap 010) Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS

3 Latar Belakang Saat ini menghemat penggunaan daya adalah sesuatu yang mutlak Menganalisis pengaruh pemasangan kapasitor terhadap kualitas listrik Meningkatnya beban listrik yang bersifat non linear seperti lampu hemat energi, komputer, UPS, sehingga menimbulkan gangguan yang bernama harmonisa. 3

4 Tujuan Mengetahui pengaruh pemasangan Mini Capacitor Bank terhadap kualitas listrik rumah tangga (meliputi power factor, tegangan, arus, harmonisa, dan rugi-rugi daya) Mengetahui seberapa besar optimalisasi pemanfaatan daya yang dihasilkan dari pemasangan Mini Capacitor Bank Mengetahui pengaruh pemasangan Mini Capacitor Bank terhadap tagihan listrik bulanan dan terhadap jaringan listrik PLN Mendapatkan rancangan filter aktif sebagai alat pelindung kapasitor terhadap tegangan/arus lebih yang ditimbulkan oleh komponen harmonisa 4

5 Batasan Masalah Sistem kelistrikan yang digunakan sebagai objek tugas akhir adalah sistem kelistrikan rumah tangga satu phasa di bawah 6600 VA (Golongan R1 atau R) Studi kasus dilakukan pada Mini Capacitor Bank Merk SAVE TRICK dengan kapasitansi total uf. 5

6 1 PENDAHULUAN TEORI PENUNJANG 3 METODOLOGI 4 PENGUKURAN, SIMULASI DAN ANALISIS 5 PENUTUP Presentasi Sidang Tugas Akhir (Semester Genap 010) Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS 6

7 Kapasitor d dielektrik Keping pelat sejajar dengan luas masing-masing adalah A C A d 7

8 Rating Kapasitor Daya reaktif yang dihasilkan oleh kapasitor adalah: Q V.f. C Dimana: Q : Daya Reaktif (Var) V : Tegangan Kapasitor (Volt) f : Frekuensi jala-jala (Hz) C : Kapasitansi (F) Jika kapasitor dipasang tidak pada tegangan rating dan besar tegangan tersebut adalah V0, maka besar daya reaktif yang dihasilkan: V 0 Q Qrating V rating 8

9 Pemasangan Kapasitor 1. Pemasangan secara paralel (Shunt). Pemasangan secara seri 9

10 1.Tujuan pemasangan kapasitor secara paralel adalah: - Memperbaiki Power Factor - Mengurangi rugi-rugi di saluran - Menaikkan tegangan beban.tujuan pemasangan kapasitor secara seri adalah: Pemasangan seri biasanya untuk kompensasi daya reaktif saluran transmisi yang disebabkan oleh induktansi saluran. 10

11 Kualitas Listrik Secara umum, kualitas daya listrik dapat diartikan sebagai segala hal yang berhubungan dengan: 1. Keadaan tegangan. Harmonisa 3. Faktor daya 4. Kompensasi daya reaktif 11

12 Faktor Daya (Power Factor) Apparent Power Reactive Power Active Power Definisi umum dari faktor daya adalah ratio antara daya aktif (P) dan daya total (S). Pf P S Cos 1

13 Perbaikan Faktor Daya 1 P1 = P P (Watt) Q S (VA) Q1 S1 (VA) Q (VAR) Daya Reaktif yang dibutuhkan: Q Daya aktif tan 1 tan 13

14 Harmonisa Harmonisa didefinisikan sebagai gelombang sinusoidal yang terjadi pada frekuensi kelipatan integer frekuensi fundamentalnya yang dikombinasi dengan gelombang frekuensi fundamental sehingga mengakibatkan bentuk gelombang terdistorsi. 14

15 Sumber Harmonisa 1. Konverter, Rectifier, dan Inverter Alat-alat di atas sangat banyak digunakan pada peralatan listrik. Misalnya pada Komputer, fax, TV, microwave, radio, mesin cuci, Charger baterai, Uninterruptible Power Supply (UPS).. Lampu Hemat Energi 3. Dan beban non linier lainnya 15

16 Pengaruh Harmonisa Diantara pengaruh harmonisa adalah: 1. Kabel. Interferensi Telepon 3. Alat Ukur 4. Mesin-mesin listrik 5. Resonansi - Merusak Peralatan - Lifetime peralatan berkurang - Mengganggu Kinerja Peralatan 16

17 Total Harmonic Distortion Ini didefinisikan sebagai sebagai persentase total komponen harmonisa terhadap komponen fundamentalnya (dapat berupa tegangan atau arus). THD k U U n % Dimana: Un adalah komponen harmonisa U1 adalah komponen fundamental k adalah indek harmonisa maksimum yang diamati 17

18 Filter Aktif FA menyediakan komponen harmonisa yang mirip dengan harmonisa yang dihasilkan oleh beban nonlinear. Jika arus beban IL dapat dinyatakan oleh: Dimana: IL1 = Arus fundamental ILn = Arus frekuensi kelipatan fundamental I L I L1 n I Ln Maka FA Shunt harus menyediakan arus harmonisa If I f I Ln n 18

19 Kontroler PI e(t) 1 Kp(1 ) i s Sistem u(t) Kontroler akan membandingkan nilai sebenarnya dari suatu sistem dengan nilai masukan (nilai yang dikehendaki), sehingga didapat selisih (error) yang nol atau mendekati nol. 19

20 1 PENDAHULUAN TEORI PENUNJANG 3 METODOLOGI 4 PENGUKURAN, SIMULASI DAN ANALISIS 5 PENUTUP Presentasi Sidang Tugas Akhir (Semester Genap 010) Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS 0

21 Flowchart Tugas Akhir Pengumpulan data kelistrikan rumah tangga Mempelajari spesifikasi kapasitor Pemasangan kapasitor pada jaringan listrik dan pengukuran Melakukan perhitungan menggunakan rumus parameter-parameter kualitas listrik setelah pemasangan kapasitor Perancangan Filter aktif menggunakan PI Kontroler untuk melindungi kapasitor dari harmonisa beserta simulasi 1

22 Objek Tugas Akhir Data kelistrikan diambil pada sebuah rumah di keputih perintis II no 54. Rumah ini berlangganan daya listrik sebesar 00 VA MDB Trafo PLN BEBAN KWh PLN Kapasitor bank

23 Perancangan Filter Berikut adalah blok filter aktif yang direncanakan 3

24 1 PENDAHULUAN TEORI PENUNJANG 3 METODOLOGI 4 PENGUKURAN, SIMULASI DAN ANALISIS 5 PENUTUP Presentasi Sidang Tugas Akhir (Semester Genap 010) Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS 4

25 Hasil Pengukuran Berikut Hasil pengukuran parameter-parameter listrik sebelum dan sesudah pemasangan kapasitor 5

26 Hasil Perhitungan Berikut Hasil perhitungan parameter-parameter listrik jika dipasang kapasitor uf 6

27 Pengaruh Pemasangan Mini Capacitor Bank Terhadap Tagihan Listrik Bulanan 1. Pelanggan rumah tangga hanya dikenakan biaya pemakaian Kilo Watt Jam (KWh). Sehingga pengaruh pemasangan kapasitor sebagai kompensator daya reaktif tidak akan mengurangi tagihan bulanan untuk pemakaian daya aktif yang sama.. Kalau pun ada pengurangan, itu sedikit sekali yaitu berkurangnya rugi-rugi panas di saluran instalasi disebabkan berkurangnya arus total. 7

28 Pengaruh Pemasangan Mini Capacitor Bank Terhadap PLN 1. Mengurangi drop tegangan dan mengurangi rugi-rugi jaringan. Semakin optimalnya pemanfaatan daya aktif di sisi pelanggan 3. Meningkatnya efesiensi peralatan seperti transformator daya dan saluran penghantar 8

29 Simulasi Filter a. Simulasi Tanpa Filter Parameter-parameter yang digunakan untuk rangkaian simulasi sistem tanpa filter adalah: 1. Tegangan sumber ( V n V, f: 50 Hz). Beban (S: 900 VA, Pf: 0.95, THDi:.9 %) 3. Impedansi Saluran (R: 1.17 Ohm, L: 0.1 mh) 4. Kapasitor Bank (C: 10 uf; L: mh) 9

30 Hasil Simulasi Tanpa Filter: Arus Jala-jala Spektrum frekuensi Arus Jala-jala 30

31 THD Arus saat Tanpa Filter: Orde Harmonisa ke-n Magnitudo Arus Harmonisa THD 3 % Arus fundamental (50Hz) = 5.5 A 31

32 Perhitungan nilai THD arus jala-jala di atas adalah: THD arus n,3... I I n 1 x100% THD I 3 I 5 I 7 I 9 1 I I 11 I 15 I 17 THD = 3 % 3

33 b. Simulasi menggunakan Filter 33

34 Hasil Simulasi Menggunakan Filter: Arus Jala-jala dan Tegangan Jala-jala Spektrum frekuensi Arus Jala-jala 34

35 THD Arus Saat Menggunakan Filter: Orde Harmonisa ke-n Magnitudo Arus Harmonisa THD 0.76 % Arus fundamental (50Hz) = 5.51 A 35

36 1 PENDAHULUAN TEORI PENUNJANG 3 METODOLOGI 4 PENGUKURAN, SIMULASI DAN ANALISIS 5 PENUTUP Presentasi Sidang Tugas Akhir (Semester Genap 010) Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS 36

37 Kesimpulan 1. Pemasangan Mini Capacitor Bank pada listrik rumah tangga yang dijadikan objek menghasilkan peningkatan power factor (dari 0.95 lagging menjadi 0.99 lagging), mengurangi drop tegangan (karena turunnya arus dari 4.13A menjadi 3.89A, mengurangi daya total yang ditarik dari jala-jala PLN (dari 900 VA menjadi 850VA).. Pemasangan kapasitor bank tidak mengurangi tagihan listrik bulanan. Karena yang dikompensasi oleh alat ini hanya daya reaktif. Tetapi dengan pemasangan alat ini terjadi optimalisasi pemanfaatan daya berlangganan dari 900 VA turun menjadi 850 VA (turun 5.6 %) 3. THD arus jala-jala sebelum terpasang filter adalah 3%, dan setelah terpasang filter turun menjadi 0,76%. 37

38

39 Relevansi Menjadi referensi bagi konsumen listrik rumah tangga sebelum memutuskan untuk menggunakan Mini Capasitor Bank sebagai penghemat listrik. Menjadi referensi untuk mengetahui parameter-parameter kualitas listrik. Menjadi referensi dalam pengembangan perancangan pelindung kapasitor terhadap tegangan/arus lebih.

40 . Spesifikasi Mini Capacitor Bank adalah: Merk : SAVE TRICK Type : ST 0 A Tegangan : 40 V Kapasitansi : uf Induktansi : mh Pilot Lamp

41 REFERENSI 1. Longland, Power Capacitor Hand Book, Buffer Worths, London, J. Arrillaga, D. A. Bradley, P. S. Bodger, Power Systems Harmonics, John Wiley & Sons, Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc, Ph.D, Hand Out Analisis Sistem Tenaga, ITS-Surabaya, Prof. Dr. Ir. Mochammad Ashari, M.Eng, Hand Out Elektronika Daya, ITS-Surabaya, Ir. Jos Pramudijanto, M.Eng, Pengantar Sistem Pengaturan, ITS- Surabaya, capacitor_bank-chapter.pdf. 7. Hurng-Liahng Jou, Jinn-Chang Wu, Kuen-Der Wu, Nan-Tsun Shen, Yao-Jen Chang, Simplified method for protecting the power capacitor from over-voltage/over-current, Electrical Power and Energy Systems 8 (006) 15 0

42 Arus kapasitor setelah difilter

43 Arus kapasitor sebelum difilter

44 Harmonisa jaringan

45 PR

46 PR a a b 0 n n 1 T T T T T 0 T 0 T 0 T f ( t) dt f ( t)cos( nwt ) dt f ( t)sin( nwt ) dt 0 1sin( nwt ) dt T T 1 cosn 1 cosn n 1sin( nwt ) dt Dari Persamaan di atas bn hanya bernilai untuk n ganjil Hasilnya adalah: f ( t) sinwt sin3wt sin3wt