BAB 1 PENDAHULUAN 1.1.Latar Belakang Perkembangan teknologi sangat cepat pertumbuhannya dari suatu negara, perkembangan tersebut hampir menyeluruh disegala bidang terutama dibidang kelistrikan. Sejak berkembangnya teknologi power electronic, penerepan perangkat telah menjadi perenarapan utama dihampir semua utilitas listrik. Namun permasalahan kualitas daya sistem yang disebabkan meningkatnya pengguna power electronic oleh konsumen listrik. Pada dasarnya mutu listrik yang baik adalah listrik yang mempunyai tegangan dan frekuensi yang stabil [1]. Untuk di Indonesia, listrik yang bersumber dari PLN adalah dengan tegangan 220 volt dan frekuensi 50 Hz. Terdapat banyak aspek yang dapat mempengaruhi berkurangnya mutu listrik. Salah satu aspek tersebut adalah timbulnya harmonisa pada gelombang listrik dari pada peralatan yang dimaksudkan ialah X-Ray (sinar- X) atau Radiografi. X-Ray adalah yang menghasilkan gelombang elektromagnetik frekuensi tinggi X-Ray untuk digunakan dalam diagnostik atau terapi. X-Ray dapat dihasilkan di dalam sebuah tabung X-Ray hampa udara [2]. Tabung X-Ray dibuat hampa udara agar elektron yang berasal dari katoda tidak terhalang oleh molekul udara dalam perjalanannya menuju anoda. Elektron-elektron tersebut
akan menumbuk anoda dan terjadi proses perubahan energi. Energi elektron sebagian besar diubah menjadi panas (99%) dan sebagian kecil diubah menjadi X-Ray (1%). Sebuah sumber tegangan tinggi dari 20 200 kv diperlukan untuk menghasilkan X-Ray pada tabung X-Ray. Penentuan waktu durasi tegangan tinggi yang dipakai pada tabung harus dibatasi dengan hati-hati supaya pasien tidak menerima dosis yang berlebihan, film tidak menjadi terlalu hitam, dan tabung X- Ray tidak terlalu panas. Selama tabung X-Ray dioperasikan dalam batas termalnya, intensitas X-Ray diatur oleh arus filamen. Sebagai sebuah proteksi terhadap kelebihan panas, temperatur anoda dimonitor oleh pendeteksi temperatur. Jika temperatur anoda melebihi nilai tertentu, kelebihan panas akan dideteksi dan suplai tegangan tinggi akan mati secara otomatis. Sebagian besar anoda tabung X-Ray diputar oleh motor induksi untuk membatasi daya X-Ray pada satu titik dan membantu pendinginan anoda [3][4]. Elektron-elektron pada atom akan membiaskan berkas bidang yang tersusun secara periodik. Tetapi di sisi lain, penggunaan X-Ray mempunyai pengaruh dalam sistem kelistrikan. Peralatan X-Ray merupakan salah satu contoh dari beban non linier, karena menggunakan komponen-komponen elektronika, dari peralatan ini menggunakan tabung sinar katoda Cathode Ray Tube (CRT) atau elektron dipancarkan dari suatu katoda dan dipancarkan dalam berkas elektron dengan kecepatan tinggi [5]. Sedangkan beban non linier merupakan penyebab
munculnya harmonisa yang dapat mengganggu sistem distribusi listrik. Akibatnya adanya harmonisa ini menyebabkan gelombang arus dan tegangan menjadi cacat dan tidak sinusoidal. Tinggi rendahnya nilai tegangan akan memberikan kemampuan daya tembus dari X-Ray, semakin tinggi tegangannya maka daya tembus X-Ray terhadap ketebalan obyek semakin tinggi pula hal ini dapat dilihat, diukur, dihitung, dan dianalisa yang diperkirakan menimbulkan harmonisa dengan melakukan terlebih dahulu pengukuran THDv, THDi, IHD V dan IHDi. Untuk menjawab perkiraan harmonisa apakah terdapat pada peralatan tesebut, maka peneliti melakukan pengukuran THDv, THDi, dan IHDi pada peralatan X-Ray telah dilaksanakan hari Senin, 13 Oktober 2014 menggunakan alat ukur Power Quality Analyzer Fluke 43B yang hasilnya pada Tabel 1.1. Tabel 1.1 Data Hasil Pengukuran X-Ray Mobile 100mA Parameter Satuan Hasil Pengukuran U (Phase Voltage) Volt 200,2 I (Phase Current) Ampere 2,51 S (Apparent Power) KVA 0,45 P (Active Power) KW 0,34 Q (Reaktife Power) KVAR 0,30 PF (Power Factor) 0,74 Frekuensi Hz 50,2 THDv % 3,4 THDi % 64,9
Tabel 1.1 (Sambungan) IHDi 3 (ma) 1909 IHDi 5 (ma) 1143 IHDi 7 (ma) 266 IHDi 9 (ma) 282 IHDi 11 (ma) 323 IHDi 13 (ma) 177 IHDi 15 (ma) 92 IHDi 17 (ma) 123 IHDi 19 (ma) 123 IHDi 21 (ma) 63 IHDi 23 (ma) 66 IHDi 25 (ma) 82 IHDi 27 (ma) 44 IHDi 29 (ma) 38 IHDi 31 (ma) 47 IHDi 33 (ma) 22 IHDi 35 (ma) 22 IHDi 37 (ma) 3 IHDi 39 (ma) 3 Besarnya nilai hasil pengukuran Total Harmonisa Distorsi arus (THD i ) 64,9 % dan Total Harmonisa Distorsi tegangan (THD v ) 3,4% dengan daya 0,34 KW. Oleh karena itu, harmonisa yang ditimbulkan oleh X-Ray, perlu direduksi agar tidak menggangu kerja peralatan lain. Pencegahan ini dapat dilakukan dengan menggunakan filter pasif (Single-Tuned Passive Filter Dan Double Tuned) yang dapat digunakan untuk mereduksi harmonisa. Filter harmonisa selain untuk mengurangi harmonisa yang ditimbulkan sampai dibawah standar IEC 61000-3-2, beban-beban kecil tersebut diklasifikasikan dalam kelas
A, B, C, dan D, dimana masing masing kelas mempunyai batasan harmonisa yang berbeda beda. Penelitian ini bermaksud mereduksi harmonisa dengan menggunakan filter pasif (Single-Tuned Passive Filter Dan Double Tuned) yang akan mengurangi harmonisa pada alat ukur X-Ray tersebut. Diantara penelitian yang pernah dilakukan tidak ada yang membahas tentang sistem kelistrikan yang dapat menimbulkan harmonisa seperti pada Tabel 1.2. Tabel 1.2. Penelitian yang sudah dilakukan No Peneliti Judul Peneliti Hasil Yang dicapai 1. Yusuf Nampira, Pengaruh Tegangan Kuat arus listrik akan et.al 2000[2] dan Kuat Arus menaikkan sensitifitas Listrik Sumber dalam analisis tersebut. Sinar-X Pada Hasil analisis unsur dalam Analisis Unsur sampel tersebut dengan Dalam Paduan menggunakan tegangan Zirkonium dengan listrik 18 kv dan kuat arus Cara Fluoresensi listrik 100 µa Sinar-X 2 Sujatno, Sigit Analisis Tegangan Pemakaian daya sebagian Bachtiar 2011 [3] Tinggi Pada Sinar X besar digunakan untuk pembangkitan tegangan tinggi yang korelasi dengan kekuatan daya tembus sinar-x, sehingga perhitungan kemampuan trafo menjadi cukup penting. Untuk pembangkitan sinar-x pada 100 ma dengan tegangan tinggi 100 kv, arus dari jaringan yang dipakai dapat mencapai 50 A.
Tabel 1.2. (sambungan) 3 Evi Yufita, Rini 2012[4] 4 By Lauriston S. et.al 2011[5] 5 Danijela Arandjic, et.al 2009 [6] Analysis Output Tolerance Limits X-Ray Machine Diagnostic (Case Study in one of the General Hospital in Banda Aceh) The Comparison Of High Voltage X-Ray Generators Patient Protection in Dental Radiology: Influence of EXposure Time on Patient Dose Untuk nilai stabilitas tegangan, nilai input sebesar 70 kv dan nilai output yang dihasilkan sebesar 40, 50, 60, dan 70 kv pada Sinar-X tersebut tidak berbeda jauh dengan nilai tegangan output yang dihasilkan yaitu masingmasing sebesar 39,1, 48,3, 58,9, dan 69,4 kv. Dari hasil tersebut terlihat bahwa persen toleransi parameter tersebut masih di bawah 5%. Tiga generator, A, B, dan C, dipilih sebagai khas. A dan B yang dinilai untuk memberikan gelombang penuh 220-230 kv (peak) pada 30 ma (milliamperes). C dinilai untuk memberikan 200 kv (peak) pada 10 ma Pemberian sinar-x untuk pasien berdasarkan hasil tabung X-ray pengukuran output lebih tinggi hasil pengukuran untuk unit X- ray dengan 50 kvp. Oleh karena itu, pada peralatan X-Ray telah banyak dilakukan penelitian untuk mengetahui kualitas dari X-Ray. Salah satu dari hasil penelitian ini menyatakan bahwa pemberian/pengaturan arus dan tegangan tabung yang tepat
pada X-Ray sangat penting dalam suatu diagnose karena sangat mempengaruhi hasil pencitraan sehingga menjamin keselamatan terhadap pasien, operator, dan lingkungan. Pada peralatan X-Ray diagnostik, umumnya tegangan tinggi yang digunakan antara 30 kv sampai 125 kv. Tegangan tinggi ini akan diterapkan antara katoda dan anoda dalam tabung X-Ray. Dengan tegangan tinggi dan adanya pemanasan filamen maka elektron yang lepas dari katoda dalam tabung dapat bergerak cepat menuju anoda, akibatnya terjadi tumbukan tak kenyal sempurna antara elektron dengan anoda (anoda sebagai target). Adanya tumbukan tersebut terjadilah peristiwa Bremstrahlung yang menghasilkan sinar-x [6]. Berdasarkan hasil pengukuran yang telah dilakukan terhadap peralatan tersebut. Harmonisa yang timbulkan harus memenuhi kreteria IEC 61000-3-2, kelas D. Untuk mengatasi permasalahan yang timbul akibat adanya harmonisa pada peralatan X-Ray maka perlu dirancang filter pasif (Single-Tuned Passive Filter Dan Double Tuned) untuk mereduksi harmonisa tersebut. 1.2 PerumusanMasalah Berdasarkan perkembangan teknologi terutama di alat kesehatan yang menggunakan rangkaian listrik dan komponen elektronika. Tinggi rendahnya nilai tegangan akan memberikan kemampuan daya tembus pada peralatan X-Ray, semakin tinggi tegangannya maka daya tembus peralatan X-Ray terhadap ketebalan obyek semakin tinggi pula hal ini dapat dilihat, diukur, dihitung, dan
dianalisa yang diperkirakan menimbulkan harmonisa. Dari latar belakang di atas dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut: a. Berapa besar nilai Individual Harmonic Distorsi (IHD) dan Total harmonic Distorsi (THDi) arus yang dihasilkan oleh peralatan X-Ray. b. Dampak filter pasif (single-tuned passive filter dan double tuned) untuk mengetahui filter pasif yang mana dapat mereduksi harmonik pada peralatan X-Ray. c. Hasil simulasi sebelum dan sesudah pemasangan filter dengan menggunakan Matlab/simulink. 1.3 TujuanPenelitian Mereduksi harmonisa yang dihasilkan peralatan X-Ray dengan merancang filter pasif (Single-Tuned Passive Filter Dan Double Tuned Passive Filter). 1.4 Batasan Masalah Penelitian Sesuai perkembangan peralatan elektronika terutama pada peralatan X-Ray yang dipakai oleh dunia pendidikan, pabrik elektronik sebagainya, yang dapat menimbulkan harmonisa salah satunya alat ukur tersebut. Maka batasan masalah permasalahan yang akan diteliti adalah. a. Mengukur besar tegangan dan arus harmonisa pada peralatan X-Ray
b. Merancang filter pasif (single-tuned passive filter dan double tuned passive filter) untuk mereduksi arus harmonisa pada peralatan X-Ray dengan menggunakan Matlab/simulink. c. Simulasi dilakukan dengan Matlab Simulink. 1.5 Manfaat Penelitian Adapun manfaat dari penelitian ini diharapkan: a. Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang efisiensi kualitas daya yang dihasilkan dari arus harmonisa melalui peralatan X-Ray. b. Menjadi suatu pemodelan yang dapat diterapkan dan direkomendasikan dalam dunia pendidikan dan fabrikasi mengingat pengaruh perbaikan kualitas daya terhadap peralatan X-Ray. c. Menjadi bahan rujukan/referensi untuk penelitian selanjutnya.