PENGURANGAN ARUS NETRAL PADA SISTEM DISTRIBUSI TIGA FASA EMPAT KAWAT MENGGUNAKAN ZERO SEQUENCE BLOCKING TRANSFORMER Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik Oleh: T. FAKHRUL HADI NIM : 090402043 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR PENGURANGAN ARUS NETRAL PADA SISTEM DISTRIBUSI TIGA FASA EMPAT KAWAT MENGGUNAKAN ZERO SEQUENCE BLOCKING TRANSFORMER Oleh: T. FAKHRUL HADI 090402043 Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN Sidang pada Tanggal 7 Bulan Mei Tahun 2014 di depan Penguji: 1. Ketua Penguji : Ir. Riswan Dinzi, M.T.... 2. Anggota Penguji : Ir. Eddy Warman, M.T... Disetujui Oleh: Pembimbing Tugas Akhir Ir. Zulkarnaen Pane, M.T. NIP. 195707201983031001 Diketahui Oleh: Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si. NIP.195405311986011002
ABSTRAK Pada jaringan distribusi tiga fasa empat kawat, idealnya arus yang mengalir pada penghantar netral sama dengan nol. Akan tetapi apabila jaringan distribusi tiga fasa empat kawat melayani beban nonlinear dan atau beban tidak seimbang maka pada penghantar netral akan mengalir arus. Beban nonlinear ini membangkitkan arus harmonisa urutan nol. Arus yang mengalir pada penghantar netral didominasi oleh arus harmonisa urutan nol. Zero sequence blocking transformer memiliki impedansi yang besar terhadap arus harmonisa urutan nol dan impedansi yang rendah terhadap arus harmonisa urutan positif dan negatif. Sehingga pemasangannya pada sisi sumber pada sistem distribusi tiga fasa empat kawat yang melayani beban-beban nonlinear satu fasa dapat menahan arus harmonisa urutan nol dan melalukan arus urutan positif dan negatif. Pada tugas akhir ini digunakan dua jenis zero sequence blocking transformer dengan jenis belitan konvensional dan bifilar. Di mana setiap zero sequence blocking transformer terdiri dari tiga trasformator satu fasa dengan perbadingan belitan 1:1. Hasil ekperimen menunjukkan bahwa pada beban seimbang dan beban variasi penurunan arus penghantar netral saat penggunaan zero sequence blocking transformer dengan jenis belitan konvensional dan bifilar mendekati 93%, dan penurunan tertinggi terjadi saat presentase beban 100%. Kata kunci: harmonisa, arus netral, harmonisa triplen, beban nonlinear, zero sequence blocking transformer
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas berkat rahmat dan ridho-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan dengan baik tugas akhir ini. Serta shalawat beriring salam penulis haturkan kepada junjungan nabi besar Muhammad SAW. Tugas akhir ini adalah bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro,. Adapun judul tugas akhir ini adalah: PENGURANGAN ARUS NETRAL PADA SISTEM DISTRIBUSI TIGA FASA EMPAT KAWAT MENGGUNAKAN ZERO SEQUENCE BLOCKING TRANSFORMER Penulisan Tugas Akhir ini adalah salah satu persyaratan yang wajib dipenuhi setiap mahasiswa untuk memperoleh gelar sarjana teknik pada departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik. Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orangtua yang telah membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak terhingga yaitu Ayahanda (Drs. H. T. Junaidi) dan Ibunda (Dra. Hj. Hafni Indriati Nst, M.Si.) serta Abangnda (T. Fariz Hidayat, S.T.) dan Adinda (T. Ficky Surya Hadi) yang memberi dukungan, semangat dan doanya. Selama masa kuliah sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis mendapat dukungan, bimbingan, dan pertolongan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hati penulis hendak menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Ir. Zulkarnaen Pane, M.T., sebagai Dosen Pembimbing tugas akhir saya yang telah bersedia meluangkan waktu di sela-sela kesibukan beliau untuk membimbing penulis mulai dari awal sampai selesainya Tugas Akhir ini. 2. Bapak Ir. Riswan Dinzi, M.T. dan Bapak Ir. Eddy Warman, M.T., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan tugas akhir ini. 3. Bapak Ir. Arman Sani, M.T., selaku dosen wali penulis yang banyak memberikan masukan dan pengarahan selama penulis menempuh perkuliahan. 4. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si., selaku Ketua Departemen Teknik Elektro. 5. Bapak Rachmad Fauzi, S.T., M.T., selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro.
6. Keluarga besar Laboratorium Transmisi dan Distribusi yang telah banyak membantu penulis dan tidak lupa kepada para asisten atas masukanmasukannya. 7. Seluruh staf pengajar dan administrasi Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik. 8. Sahabat-sahabat terbaik, Doni, Ahmad, Nanda, Kentrik, wangto, Andika, Rizky K, Agung, Dimas, Lukman, Yuli, Rizal, Arfan, Budi, Teguh, Reza, Arif, Adly, Masykur, Rudy, Tondy, Rizi, Nisa, Rizky, Faya, Asri, Leo dan seluruh teman-teman elektro stambuk 2009 lainnya yang tak bisa saya sebutkan satu persatu. 9. Munisa, S.Psi., terima kasih banyak atas semua bantuan, motivasi dan dukungan yang luar biasa serta doanya kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 10. Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah memberikan kontribusinya kepada penulis, baik secara langsung maupun tidak langsung, jasa kalian akan senantiasa penulis kenang dan sebagai acuan untuk menempuh hari-hari ke depan dengan penuh semangat dan lebih baik lagi. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi penyempurnaan Tugas Akhir ini. Akhirnya penulis berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca, khususnya mahasiswa yang ingin lebih mengetahui dan mendalami Tugas Akhir Penulis. Medan, Juni 2014 Penulis T. Fakhrul Hadi NIM : 090402043
DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vi DAFTAR TABEL... ix I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Perumusan Masalah... 2 1.3. Tujuan... 3 1.4. Batasan Masalah... 3 1.5. Manfaat... 3 II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Arus Netral... 4 2.2. Harmonisa... 6 2.2.1. Harmonisa Triplen... 10 2.2.2. Sumber Harmonisa... 11 2.2.3. Dampak Harmonisa... 13 2.2.4. Cara Untuk Mengurangi Arus Netral... 14 2.3. Zero Sequence Blocking Transformer... 15 2.3.1. Analisa Rangkaian Ekivalen Urutan Nol... 20 III. METODE PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu... 22 3.2. Zero Sequence Blocking Transformer... 22 3.3. Bahan dan Peralatan yang Digunakan... 23 3.4. Rangkaian Eksperimen... 24 3.5. Teknik Pengukuran... 26
IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1. Sebelum Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer... 28 4.2. Setelah Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer... 31 4.2.1. Zero Sequence Blocking Transformer Dengan Belitan Konvensional (TR 1)... 31 4.2.2. Zero Sequence Blocking Transformer Dengan Belitan Bifilar (TR 2)... 34 4.3. Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer Pada Kondisi Beban Bervariasi... 37 4.3.1. Zero Sequence Blocking Transformer Dengan Belitan Konvensional (TR 1)... 37 4.3.1. Zero Sequence Blocking Transformer Dengan Belitan Bifilar (TR 2)... 39 4.3. Rangkuman Eksperimen... 42 V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan... 45 5.2. Saran... 46 DAFTAR PUSTAKA... 47 LAMPIRAN... 48
DAFTAR GAMBAR No. Judul Halaman 2.1 Gelombang Fundamental, Harmonisa Kedua dan Harmonisa Ketiga... 7 2.2 Gelombang Hasil Penjumlahan Gelombang Fundamental Dengan Gelombang Harmonisa Ketiga... 8 2.3 Fasor Fundamental... 9 2.4 Fasor Harmonisa Kelima... 9 2.5 Fasor Harmonisa Ketiga... 10 2.6 Jaringan Tiga Fasa Empat Kawat Mensuplai Beban Linear Seimbang... 11 2.7 Bentuk Gelombang Dari Ketiga Fasa dan Netral Mensuplai Beban Linear Seimbang... 12 2.8 Jaringan Tiga Fasa Empat Kawat Mensuplai Beban Nonlinear Seimbang... 12 2.9 Bentuk Gelombang Dari Ketiga Fasa dan Netral Mensuplai Beban Nonlinear Seimbang... 13 2.10 ZSBT Menggunakan Tiga Buah Transformator Satu Fasa... 16 2.11 Pemasangan ZSBT Pada Jaringan... 16 2.12 Rangkaian Ekivalen Dari ZSBT... 17 2.13 Transformator Dengan Belitan Konvensional... 19 2.14 Transformator Dengan Belitan Bifilar... 20 2.15 Rangkaian Ekivalen Urutan Nol Sistem Menggunakan ZSBT.. 20 3.1 Rangkaian Eksperimen Sebelum Menggunakan Zero Sequence Blocking Transformer... 24
3.2 Rangkaian Eksperimen Setelah Menggunakan Zero Sequence Blocking Transformer... 26 4.1 Sebelum Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer: (a) BentukGelombang Arus Jala-jala Fasa R; (b) Spektrum Arus Harmonisanya... 30 4.2 Sebelum Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer: (a) BentukGelombang Arus Netral; (b) Spektrum Harmonisanya... 31 4.3 Setelah Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 1: (a) Bentuk Gelombang Arus Jala-jala Fasa R; (b) Spektrum Harmonisanya... 33 4.4 Setelah Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 1: (a) Bentuk Gelombang Arus Netral ; (b) Spektrum Harmonisanya... 34 4.5 Setelah Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 2: (a) Bentuk Gelombang Arus Jala-jala Fasa R; (b) Spektrum Harmonisanya... 36 4.6 Setelah Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 2: (a) Bentuk Gelombang Arus Netral; (b) Spektrum Harmonisanya... 37 4.7 Grafik Hubungan Persentase Beban Dengan Besar Arus Netral Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 1... 38 4.8 Grafik Hubungan Persentase Beban Dengan Persentase Penurunan Arus Netral Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 1... 39
4.9 Grafik Hubungan Persentase Beban Dengan Besar Arus Netral Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 2... 41 4.10 Grafik Hubungan Persentase Beban Dengan Persentase Penurunan Arus Netral Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 2... 41
DAFTAR TABEL No. Judul Halaman 4.1 Hasil Pengukuran Sebelum Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer... 28 4.2 Hasil Pengukuran Setelah Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 1... 32 4.3 Hasil Pengukuran Setelah Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 2... 35 4.4 Hasil Pengukuran Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 1 Pada Kondisi Beban Bervariasi... 38 4.5 Hasil Pengukuran Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 2 Pada Kondisi Beban Bervariasi... 40 4.6 Rangkuman Hasil Pengukuran Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 1 dan TR 2 Pada Kondisi Beban Seimbang... 42 4.7 Rangkuman Hasil Pengukuran Penggunaan Zero Sequence Blocking Transformer TR 1 dan TR 2 Pada Kondisi Beban Variasi... 43