ANALISIS PENGUJIAN KINERJA UPS STATIS TERHADAP VARIASI BEBAN PADA BEBERAPA TINGKAT PEMBEBANAN SKRIPSI

ANALISIS PENGUJIAN KINERJA UPS STATIS TERHADAP VARIASI BEBAN PADA BEBERAPA TINGKAT PEMBEBANAN SKRIPSI Oleh ANGKY KURNIAWAN 04 03 03 016 Y DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA GASAL 2007/2008

ANALISIS PENGUJIAN KINERJA UPS STATIS TERHADAP VARIASI BEBAN PADA BEBERAPA TINGKAT PEMBEBANAN SKRIPSI Oleh ANGKY KURNIAWAN 04 03 03 016 Y SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA GASAL 2007/2008

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul : ANALISIS PENGUJIAN KINERJA UPS STATIS TERHADAP VARIASI BEBAN PADA BEBERAPA TINGKAT PEMBEBANAN yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Elektro Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Indonesia, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Indonesia maupun di Perguruan Tinggi atau Instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya dicantumkan sebagaimana mestinya. Depok, Januari 2008 Angky Kurniawan NPM. 04 03 03 016 Y ii

PENGESAHAN Skripsi dengan judul : ANALISIS PENGUJIAN KINERJA UPS STATIS TERHADAP VARIASI BEBAN PADA BEBERAPA TINGKAT PEMBEBANAN dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada program studi Teknik Elektro Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Indonesia dan disetujui untuk diajukan dalam sidang ujian skripsi. Skripsi ini telah diujikan pada sidang ujian skripsi pada tanggal 4 Januari 2008 dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Depok, Januari 2008 Dosen Pembimbing Ir. Amien Rahardjo, MT iii

UCAPAN TERIMAKASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada : Ir. Amien Rahardjo,MT selaku dosen pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktu untuk memberi pengarahan, diskusi dan bimbingan serta persetujuan sehingga skripsi ini dapat selesai dengan baik. Serta segenap rekan rekan asisten laboratorium TTPL yang telah banyak membantu dalam melakukan pengujian. iv

Angky Kurniawan NPM 04 03 03 016 Y Departemen Teknik Elektro Dosen Pembimbing Ir. Amien Rahardjo, MT ANALISIS PENGUJIAN KINERJA UPS STATIS TERHADAP VARIASI BEBAN PADA BEBERAPA TINGKAT PEMBEBANAN ABSTRAK Salah satu peralatan pendukung yang dapat digunakan untuk melindungi berbagai perangkat vital dari ganggguan adalah Uninterruptible Power Supply (UPS). Alat ini dapat berfungsi sebagai stabilizer terhadap terjadinya gangguan dan menjadi sumber daya cadangan (back up) apabila terjadi gangguan pemutusan aliran daya dari penyedia suplai daya utama. Disisi lain, kinerja UPS terhadap berbagai jenis beban dan berbagai tingkat pembebanan belumlah tentu sama. Kinerja tersebut dapat dipandang dari dua kondisi, yaitu kondisi normal dimana UPS berperan sebagai stabilizer terhadap gangguan dan kondisi darurat pada saat terjadi pemutusan aliran listrik dari penyedia suplai daya utama dimana UPS berfungsi sebagai back up suplai daya sementara. Analisis yang dilakukan adalah menguji, mengamati dan membandingkan karakteristik keluaran UPS pada kondisi normal dan kondisi darurat pada berbagai variasi beban untuk beberapa tingkat pembebanan. Hasil pengujian menunjukkan bahwa pada seluruh variasi beban dengan tingkat pembebanan yang berbeda, keluaran UPS statis pada kondisi darurat mengandung tingkat distorsi harmonik arus dan tegangan diatas 80% dengan efek terjadinya peningkatan daya reaktif yang tinggi pada beban resistif. Selain itu, pada pengujian terlihat bahwa UPS kurang dapat bekerja secara optimal pada beban kapasitif atau beban dengan campuran dengan nilai beban kapasitif yang dominan. Kata Kunci : UPS, Distorsi Harmonik v

Angky Kurniawan NPM 04 03 03 016 Y Departemen Teknik Elektro Dosen Pembimbing Ir. Amien Rahardjo, MT ANALISIS PENGUJIAN KINERJA UPS STATIS TERHADAP VARIASI BEBAN PADA BEBERAPA TINGKAT PEMBEBANAN ABSTRAK One of the supporter equipments which able to be used to protect various vital peripheral from disturbance is Uninterruptible Power Supply (UPS). This appliance can function as stabilizer to the happening of trouble and back up of power in the event of trouble disconnection of power stream from the main supply. On the other side, UPS performance to various type of load and various rating level is not exactly same. This performance can be looked into two condition, that is normal condition where UPS function as stabilizer and emergency condition at the time of happened disconnection of power stream from the main supply. Analysis taken is testing, perceiving and comparing characteristic output of UPS at normal condition and emergency condition of at various variation of load for some rating level. Result of examination indicate that at all load variation some rating level, output of static UPS at condition of produce current and voltage harmonic distortion above 80% which effect to increasing of reactif power at resistif load. Beside that, from the test result, it seen that UPS cannot work optimally at capacitive load or mixture load with dominant capacitive load value Kata Kunci : UPS, Harmonic Distortion vi

DAFTAR ISI Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI.......................... ii PENGESAHAN............................................. iii UCAPAN TERIMA KASIH................................... iv ABSTRAK................................................. v ABSTRACT................................................ vi DAFTAR ISI................................................ vii DAFTAR GAMBAR......................................... x DAFTAR TABEL........................................... xiv DAFTAR LAMPIRAN....................................... xvi DAFTAR SINGKATAN...................................... xvii DAFTAR ISTILAH.......................................... xviii BAB I PENDAHULUAN..................................... 1 1.1 LATAR BELAKANG..................................... 1 1.2 PERUMUSAN MASALAH................................ 2 1.3 TUJUAN PENELITIAN................................... 2 1.4 BATASAN MASALAH................................... 2 1.5 METODOLOGI PENELITIAN.............................. 2 1.6 SISTEMATIKA PENULISAN.............................. 2 BAB II LANDASAN TEORI.................................. 4 2.1 PENGERTIAN........................................... 4 2.2 KOMPONEN UTAMA UPS............................... 4 2.2.1 Baterai............................................ 4 2.2.1.1 Lead Acid.................................... 4 2.2.1.2 Nickel Cadmium................................ 5 2.2.2 Penyearah........................................... 6 2.2.2.1 Penyearah Setengah Gelombang.................. 6 2.2.2.2 Penyearah Gelombang Penuh.................... 7 2.2.2.3 Penyearah Jembatan............................ 9 2.2.3 Inverter............................................ 10 vii

2.2.3.1 Inverter Ferroresonant......................... 10 2.2.3.2 Inverter Delta Magnetic........................ 10 2.2.3.3 Inverter-fed L/C Tank........................... 11 2.2.3.4 Quasi-Square Wave Inverter.................... 11 2.2.3.5 Inverter Step Wave............................. 12 2.2.3.6 Pulse-Width Modulation (PWM) Inverter........... 13 2.2.3.7 Phase Modulation Inverter....................... 14 2.2.4 Penguat Arus Searah (DC Chopper)...................... 14 2.3 PRINSIP KERJA UPS..................................... 15 2.3.1 UPS Jenis On Line................................... 15 2.3.1.1 Keadaan Input Normal......................... 15 2.3.1.2 Keadaan Bypass............................... 16 2.3.1.3 Keadaan Darurat (Kerja Baterai)................. 17 2.3.2 UPS Jenis Off Line................................... 18 2.4 HARMONIK PADA UPS.................................. 19 2.4.1 Analisis Harmonik................................... 20 2.4.2 Faktor Distorsi Harmonik dan Distorsi Harmonik Total...... 22 2.4.3 Karakteristik Keluaran Harmonik Pada Inverter............ 22 BAB III METODOLOGI PENELITIAN.......................... 24 3.1 METODE PENGUKURAN................................ 24 3.2 SKENARIO PEMBEBANAN DAN PENGUJIAN KARAKTERISTIK UPS PADA KONDISI BYPASS............ 26 3.2.1 Beban Resistif Murni................................ 27 3.2.2 Beban Induktif Murni................................ 27 3.2.3 Beban Kapasitif Murni................................ 28 3.2.4 Beban Resistif-Induktif............................... 28 3.2.5 Beban Resistif-Kapasitif............................... 28 3.2.6 Beban Dengan Faktor Daya Lag........................ 29 3.2.7 Beban Dengan Faktor Daya Lead....................... 29 3.3 SKENARIO PEMBEBANAN DAN PENGUJIAN KARAKTERISTIK UPS PADA KONDISI DARURAT.......... 30 3.3.1 Beban Resistif Murni................................. 30 viii

3.3.2 Beban Induktif Murni................................ 31 3.3.3 Beban Kapasitif Murni................................ 31 3.3.4 Beban Resistif-Induktif............................... 31 3.3.5 Beban Resistif-Kapasitif.............................. 32 3.3.6 Beban Dengan Faktor Daya Lag........................ 32 3.3.7 Beban Dengan Faktor Daya Lead....................... 33 BAB IV ANALISIS HASIL PENGUJIAN........................ 34 4.1 PENGAMATAN PENGARUH VARIASI BEBAN DAN TINGKAT PEMBEBANAN PADA KELUARAN UPS................... 34 4.1.1 Analisis Parameter Daya.............................. 34 4.1.2 Analisis Parameter Tegangan dan Arus.................. 39 4.1.3 Analisis Parameter Harmonik.......................... 42 4.2 PENGAMATAN PENGARUH VARIASI FAKTOR DAYA PADA KELUARAN UPS........................................ 45 4.2.1 Analisis Parameter Daya.............................. 45 4.2.2 Analisis Parameter Tegangan dan Arus................... 47 4.2.3 Analisis Parameter Harmonik........................... 48 BAB V KESIMPULAN...................................... 49 DAFTAR ACUAN.......................................... 52 DAFTAR PUSTAKA........................................ 53 LAMPIRAN 1.............................................. 54 LAMPIRAN 2.............................................. 56 LAMPIRAN 3.............................................. 58 ix

DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Perbandingan rugi rugi antara charge dan discharge... 5 Gambar 2.2 Efisiensi pengisian muatan......................... 6 Gambar 2.3 Diagram skematik rangkaian penyearah setengah gelombang...................................... 7 Gambar 2.4 Gelobang masukan dan keluaran penyearah setengah gelombang...................................... 7 Gambar 2.5 Diagram skematik rangkaian penyearah gelombang penuh......................................... 7 Gambar 2.6 Gelombang masukan dan keluaran penyearah gelombang penuh......................................... 8 Gambar 2.7 Diagram skematik rangkaian penyearah jembatan....... 9 Gambar 2.8 Gelombang masukan dan keluaran penyearah jembatan.. 9 Gambar 2.9 Diagram skematik rangkaian inverter ferroresonant..... 10 Gambar 2.10 Diagram skematik rangkaian inverter Delta Magnetik... 11 Gambar 2.11 Diagram skematik rangkaian inverter fed L/C Tank...... 11 Gambar 2.12 Diagram skematik rangkaian inverter quasi-square wave. 12 Gambar 2.13 Blok diagram rangkaian inverter Step wave........... 12 Gambar 2.14 Diagram skematik rangkaian inverter Step wave........ 13 Gambar 2.15 Diagram skematik rangkaian inverter Step wave beserta gelombang keluarannya.......................... 13 Gambar 2.16 Diagram skematik rangkaian inverter Pulse-Width Modulation (PWM)............................... 14 Gambar 2.17 UPS statis yang menggunakan carrier modulasi fasa.... 14 Gambar 2.18 Rangkaian Penguat arus searah..................... 15 Gambar 2.19 Diagram blok UPS on line......................... 15 Gambar 2.20 Aliran daya UPS kondisi normal.................... 16 Gambar 2.21 Aliran daya UPS kondisi bypass.................... 17 Gambar 2.22 Aliran daya UPS kondisi darurat................... 17 x

Gambar 2.23 Diagram blok off line UPS saat kondisi normal (bypass).. 18 Gambar 2.24 Diagram blok off line UPS saat kondisi darurat......... 19 Gambar 2.25 Proses pembentukan gelombang terdistorsi harmonik 20 Gambar 2.26 Tampilan gelombang terdistorsi fundamental dengan harmonik ketiga................................. 20 Gambar 2.27 Transformasi pulsa............................... 21 Gambar 2.28 Sinyal sinusoid dan gelombang segitiga pada PWM..... 22 Gambar 2.29 Contoh keluaran harmonik pada inverter.............. 23 Gambar 3.1 Rangkaian ekivalen hambatan variabel............... 25 Gambar 3.2 Skema pembebanan beban resistif murni.............. 25 Gambar 3.3 Skema pembebanan beban induktif dan kapasitif murni.. 25 Gambar 3.4 Skema pembebanan beban resistif-induktif............ 26 Gambar 3.5 Skema pembebanan beban resistif-kapasitif........... 26 Gambar 3.6 Skema pembebanan untuk kondisi bypass............. 26 Gambar 3.7 Skema pembebanan untuk kondisi darurat............ 30 Gambar 4.1 Grafik perbandingan (a) daya semu, (b) daya aktif, (c) daya reaktif, untuk beban resistif murni........... 35 Gambar 4.2 Grafik perbandingan (a) daya semu, (b) daya aktif, (c) daya reaktif, untuk beban induktif murni......... 35 Gambar 4.3 Grafik perbandingan (a) daya semu, (b) daya aktif, (c) daya reaktif, untuk beban beban resistif - induktif... 36 Gambar 4.4 Grafik perbandingan tegangan pada kondisi normal (bypass) dan kondisi darurat pada (a) beban resistif murni, (b) beban induktif murni, (c) beban resistif - induktif.... 39 Gambar 4.5 Grafik perbandingan arus pada kondisi normal (bypass) dan kondisi darurat pada (a) beban resistif murni, (b) beban induktif murni, (c) beban resistif - induktif 40 Gambar 4.6 Grafik perbandingan distorsi harmonik arus total untuk Kondisi normal (bypass) dan kondisi darurat pada (a) beban resistif murni, (b) beban induktif murni, (c) beban resistif induktif........................ 43 xi

Gambar 4.7 Grafik perbandingan distorsi harmonik tegangan total untuk kondisi normal (bypass) dan kondisi darurat pada (a) beban resistif murni, (b) beban induktif murni, (c) beban resistif - induktif......................... 43 Gambar 4.8 Grafik perbandingan (a) daya semu, (b) daya aktif, (c) daya reaktif, untuk kondisi normal dan kondisi darurat pada variasi faktor daya..................... 45 Gambar 4.9 Grafik perbandingan (a) tegangan, (b) arus untuk kondisi normal dan kondisi darurat pada variasi faktor daya 47 Gambar 4.10 Grafik perbandingan distorsi harmonik total arus dan tegangan pada kondisi normal dan kondisi darurat untuk variasi faktor daya............................... 48 xii

DAFTAR TABEL Halaman Tabel 3.1 Data hasil pengukuran beban resistif murni (kondisi bypass) 27 Tabel 3.2 Data hasil pengukuran beban induktif murni (kondisi bypass) 27 Tabel 3.3 Data hasil pengukuran beban kapasitif murni (kondisi bypass) 28 Tabel 3.4 Data hasil pengukuran beban Resistif-Induktif (kondisi bypass) 28 Tabel 3.5 Data hasil pengukuran beban Resistif-Kapasitif (kondisi bypass) 29 Tabel 3.6 Data hasil pengukuran beban dengan faktor daya lag (kondisi bypass).................................... 29 Tabel 3.7 Data hasil pengukuran beban dengan faktor daya lag (kondisi bypass)................................... 29 Tabel 3.8 Data hasil pengukuran beban Resistif Murni (kondisi darurat) 30 Tabel 3.9 Data hasil pengukuran beban induktif murni (kondisi darurat) 31 Tabel 3.10 Data hasil pengukuran beban kapasitif murni (kondisi darurat) 31 Tabel 3.11 Data hasil pengukuran beban Resistif-Induktif (kondisi darurat) 32 Tabel 3.12 Data hasil pengukuran beban Resistif-Kapasitif (kondisi darurat) 32 Tabel 3.13 Data hasil pengukuran beban drngan factor daya lag (kondisi darurat)..................................... 33 Tabel 3.14 Data hasil pengukuran beban drngan faktor daya lead (kondisi darurat).................................... 33 Tabel 4.1 Persentase perubahan parameter daya untuk setiap tingkat pembebanan pada beban resistif murni.................. 36 Tabel 4.2 Persentase perubahan parameter daya untuk setiap tingkat pembebanan pada beban induktif murni.................. 37 Tabel 4.3 Persentase perubahan parameter daya untuk setiap tingkat pembebanan pada beban resistif-induktif................. 37 Tabel 4.4 Persentase perubahan parameter tegangan dan arus untuk setiap tingkat pembebanan pada beban resistif murni........ 40 Tabel 4.5 Persentase perubahan parameter tegangan dan arus untuk setiap tingkat pembebanan pada beban induktif murni...... 40 xiii

Tabel 4.6 Persentase perubahan parameter tegangan dan arus untuk setiap tingkat pembebanan pada beban resistif-induktif...... 41 Tabel 4.7 Persentase perubahan parameter distorsi harmonik total tegangan dan arus untuk setiap tingkat pembebanan pada beban resistif murni.................................. 44 Tabel 4.8 Persentase perubahan parameter distorsi harmonik total tegangan dan arus untuk setiap tingkat pembebanan pada beban induktif murni............................ 44 Tabel 4.9 Persentase perubahan parameter distorsi harmonik total tegangan dan arus untuk setiap tingkat pembebanan pada beban resistif-induktif............................... 44 Tabel 4.10 Persentase perubahan parameter keluaran daya UPS pada variasi faktor daya lag................................ 46 Tabel 4..11 Persentase perubahan parameter tegangan dan arus UPS pada variasi faktor daya lag................................ 47 Tabel 4.12 Persentase perubahan parameter distorsi harmonik total tegangan dan arus UPS pada variasi faktor daya lag........ 48 xiv

DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1 Spesifikasi UPS................................... 54 Lampiran 2 Diagram Skematik UPS Statis........................ 56 Lampiran 3 Data hasil percobaan................................ 58 xv

DAFTAR SINGKATAN AC DC PLN PWM THD UPS Alternating Current Direct Current Perusahaan Listrik Negara Pulse Width Modulation Total Harmonic Distortion Uninterruptible Power Supply xvi

DAFTAR ISTILAH Bypass Darurat On Line Off Line Harmonik Kondisi dimana beban terhubung langsung dengan sumber listrik Kondisi suplai daya berasal dari baterai UPS Sistem kerja UPS dengan semua komponennya aktif pada saat suplai daya normal Sistem kerja UPS dengan sebagian komponennya pasif pada saat suplai daya normal dan aktif pada saat suplai daya dari baterai gejala pembentukan gelombang-gelombang dengan frekuensi berbeda yang merupakan perkalian xvii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Dewasa ini, komputer, perangkat komunikasi dan berbagai peralatan elektronik lainnya menjadi suatu perangkat vital yang mendukung kelancaran dan efektifitas hampir seluruh pekerjaan di segala bidang. Proses komputerisasi dan modernisasi peralatan yang ada terus berkembang seiring dengan kebutuhan akan kecepatan untuk menyelesaikan pekerjaan. Pesatnya perkembangan tersebut berdampak pada semakin banyaknya jenis peralatan yang diproduksi dengan tingkat konsumsi daya yang berbeda beda. Sebagian besar dari perangkat vital tersebut merupakan peralatan yang sensitif terhadap gangguan kualitas daya, sehingga dibutuhkan peralatan pendukung lainnya yang berfungsi untuk menjamin tetap tersedianya kualitas daya yang baik dan meminimalisir terjadinya gangguan untuk menghindari kerusakan baik pada data maupun perangkat keras dari peralatan vital yang ada. Salah satu peralatan pendukung yang dapat digunakan untuk melindungi berbagai perangkat vital dari gangguan adalah Uninterruptible Power Supply (UPS). Alat ini dapat berfungsi sebagai stabilizer terhadap terjadinya gangguan dan menjadi sumber daya cadangan (back up) apabila terjadi gangguan pemutusan aliran daya dari penyedia suplai daya utama. Disisi lain, kinerja UPS terhadap berbagai jenis beban dan berbagai tingkat pembebanan belumlah tentu sama. Kinerja tersebut dapat dipandang dari dua kondisi, yaitu kondisi normal dimana UPS berperan sebagai stabilizer terhadap gangguan dan kondisi darurat pada saat terjadi pemutusan aliran listrik dari penyedia suplai daya utama dimana UPS berfungsi sebagai back up suplai daya sementara. Oleh karena itu, pada penulisan skripsi ini akan diteliti dan dianalisis mengenai karakteristik UPS untuk berbagai jenis beban dengan beberapa variasi tingkat pembebanan baik pada kondisi suplai daya normal maupun pada kondisi darurat, dimana suplai daya sementara berasal dari baterai yang terintegrasi pada perangkat UPS. 1

1.2 PERUMUSAN MASALAH Pada penulisan skripsi ini akan diteliti dan dianalisis mengenai karakteristik kinerja UPS untuk berbagai tingkat pembebanan pada jenis beban yang berbeda baik untuk kondisi normal maupun kondisi darurat. 1.3 TUJUAN PENELITIAN Tujuan dari penelitian yang dilakukan pada penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut : 1. Menganalisis dan membandingkan kinerja UPS untuk berbagai variasi beban pada kondisi normal dan kondisi darurat. 2. Menganalisis dan membandingkan kinerja UPS untuk berbagai tingkat pembebanan pada jenis beban yang sama untuk kondisi normal dan kondisi darurat. 3. Menganalisis dan membandingkan kinerja UPS untuk berbagai variasi faktor daya. 1.4 BATASAN MASALAH Perangkat UPS yang akan diteliti terbatas pada UPS statis dengan sistem kerja offline berkapasitas maksimal 600 VA untuk merek super powertech. 1.5 METODOLOGI PENELITIAN Metodologi penelitian yang dilakukan adalah dengan melakukan percobaan pengukuran karakteristik UPS untuk berbagai variasi beban dan berbagai tingkat pembebanan serta melakukan studi pustaka terhadap literatur yang ada. 1.6 SISTEMATIKA PENULISAN Skripsi ini dibagi menjadi lima bab, yaitu : Pendahuluan, Uninteruptible Power Supply Statis, Metodologi Penelitian, Analisis Hasil Pengujian dan Kesimpulan.. 2

Bab Satu Pendahuluan berisi mengenai latar belakang, tujuan penulisan, batasan masalah, dan sistematika penulisan. Bab Dua Uninteruptible Power Supply Statis berisi teori mengenai bagian bagian UPS, prinsip kerja UPS dan distorsi harmonik pada UPS. Bab Tiga metodologi penelitian berisi langkahlangkah penelitian pada pengambilan data keluaran yang dihasilkan UPS untuk berbagai tingkat pembebanan pada jenis beban yang berbeda. Bab Empat Analisis Hasil Pengujian berisi analisa perbandingan keluaran UPS pada kondisi normal dan kondisi darurat untuk variasi beban pada beberapa tingkat pembebanan dan variasi faktor daya. Bab Lima Kesimpulan berisi kesimpulan yang didapat dari hasil analisis perbandingan keluaran UPS. 3

BAB II UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY STATIS 2.1 PENGERTIAN [1] Sistem UPS statis adalah suatu rangkaian yang berfungsi untuk menjamin kontinuitas suplai daya serta melindungi beban dari terjadinya gangguan kualitas daya pada suplai daya utama. Hal tersebut dapat dicapai dengan menggunakan rangkaian solid-state yang menggunakan baterai atau energi kinetis yang memungkinkan sebagai sumber energi alternatif. 2.2 KOMPONEN UTAMA UPS Komponen utama dari sebuah UPS terdiri dari : 2.2.1 Baterai [2] Baterai adalah sumber listrik arus searah yang dihasilkan oleh suatu proses kimia. Baterai terdiri dari satu atau beberapa sel. Ada dua jenis baterai yang biasa digunakan pada peralatan UPS, diantaranya : 2.2.1.1 Lead Acid Baterai jenis ini memiliki suatu proses kimia sederhana yang terdiri dari elektroda yang terbuat dari timah dan timah dioksida pada suatu larutan asam sulfur. Bila potensial pada kedua elektroda diukur, maka nilai yang akan terbaca adalah 2 V. Reaksi kimia yang terjadi pada baterai jenis ini dapat dituliskan sebagai berikut : 1. Reaksi pada plat negatif (timah murni) Pb + H 2 SO 4 PbSO 4 + H 2 2. Reaksi pada plat positif (timah oksida) PbO 2 + H 2 SO 4 PbSO 4 + (2OH) Dengan menjumlahkan reaksi 1 dan reaksi 2, maka reaksi kimia pada sel baterai dapat dituliskan sebagai berikut : 4

PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 2PbSO 4 + 2 H 2 O Setelah terjadi proses pelepasan muatan (discharge) secara menyeluruh pada baterai, plat negatif akan tertutup oleh timah sulfat, sedangkan plat positif akan tertutup dengan campuran timah PbO dan PbSO. Ketika terjadi pengisian baterai kembali (recharge), pada plat negatif timah sulfat akan kembali menjadi timah murni seperti digambarkan pada reaksi sebagai berikut : PbSO 4 + (2H) H 2 SO 4 + Pb Sedangkan pada plat positif akan terjadi reaksi : PbSO 4 + (2OH) PbO 2 + 2H 2 SO 4 Sehingga secara keseluruhan reaksi yang terjadi adalah : 2PbSO 4 + 2H 2 O Pb + PbO 2 + 2H 2 SO 4 Efisiensi dari kedua reaksi tersebut adalah sebesar 75 hingga 85 persen, sedangkan rugi rugi yang terjadi antara proses pelepasan muatan (discharge) dan proses pengisian kembali (recharge) dapat digambarkan pada grafik berikut ini : Gambar 2.1 Perbandingan rugi rugi antara charge dan discharge [1] 2.2.1.2 Nickel Cadmium Baterai nickel-cadmium bekerja pada persamaan kimia sebagai berikut : 2NiOOH + 2H 2 O + Cd discharge charge 2Ni(OH) + Cd(OH) 5

Plat negatif pada baterai jenis ini menggunakan cadmium hidroksida dengan larutan elektrolit potassium hidroksida dengan sedikit lithium hidroksida untuk meningkatkan siklus performansi baterai pada temperatur tinggi. Pengisian muatan (charging) pada sel baterai jenis ini cukup efisien hingga mencapai 80 persen. Setelah mencapai 80 persen, efisiensi pengisian muatan menurun. Hal tersebut seperti terlihat pada grafik dibawah ini : Gambar 2.2 Efisiensi pengisian muatan [1] 2.2.2 Penyearah (Rectifier) Penyearah adalah rangkaian yang berfungsi untuk mengubah tegangan bolak-balik menjadi tegangan searah. Adapun komponen yang biasa digunakan sebagai penyearah adalah dioda. Rangkaian penyearah suplai daya dapat dibagi menjadi beberapa rangkaian dasar, diantaranya : 2.2.2.1 Penyearah Setengah Gelombang Bentuk dasar dari rangkaian penyearah setengah gelombang dapat digambarkan sebagai berikut : 6

Gambar 2.3 Diagram skematik rangkaian penyearah setengah gelombang [2] Ketika masukan tegangan sinusoidal pada A bernilai positif, diode berkonduksi sehingga menghasilkan arus pada beban resistor R. Ketika tegangan masukan bernilai negatif, diode menjadi dicatu mundur (reversed biased) dan menjadi tidak berkonduksi, sehingga tidak ada arus yang melalui beban R. Tegangan keluaran dari diode dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut : V o = 0, bil V i < V DO............................................. (2.1) V o = R/(R + r D ) Vi V DO R/(R + r D )................................. (2.2) dimana V i V DO = Tegangan input = Tegangan maju diode 0,7 hingga 0,8 V Gelombang keluaran dari penyearah setengah gelombang dapat digambarkan sebagai berikut : Gambar 2.4 Gelombang masukan dan keluaran penyearah setengah gelombang [2] 2.2.2.2 Penyearah Gelombang Penuh Bentuk dasar dari rangkaian penyearah gelombang penuh dapat digambarkan sebagai berikut : 7

Gambar 2.5 Diagram skematik rangkaian penyearah gelombang penuh [2] Penyearah gelombang penuh terdiri dari dua penyearah setengah gelombang yang dihubungkan dengan beban R. Kumparan sekunder pada transformator dihubungkan dengan tap tengah untuk memperoleh dua buah tegangan masukan yang sama untuk masing masing penyearah setengah gelombang. Ketika node A berada pada polaritas positif, D 1 akan dicatu maju dan D 2 akan dicatu mundur. Sehingga D 1 akan berkonduksi dan arus akan melalui R kemudian kembali menuju tap tengah pada transformator. Ketika node B berada pada polaritas positif, D 2 akan dicatu maju dan D 1 akan dicatu mundur. Sehingga arus yang dikonduksikan oleh D 2 akan mengalir melalui R dan kembali menuju tap tengah pada transformator. Gelombang keluaran dari penyearah gelombang penuh dapat digambarkan sebagai berikut : Gambar 2.6 Gelombang masukan dan keluaran penyearah gelombang penuh [2] Tegangan keluaran dari penyearah gelombang penuh dapat diperoleh dari persamaan sebagai berikut : 8

R V = V V ( ) o s DO Rt + rd + R.......................................(2.3) dimana R t = Resistansi yang berkaitan dengan transformator. V dc R Vm = 2 Rt + rd + R π.........................................(2.4) dimana V m = Puncak tegangan keluaran 2.2.2.3 Penyearah Jembatan Penyearah jembatan adalah implementasi alternatif dari penyearah gelombang penuh. Penyearah ini menggunakan empat buah dioda dan tidak membutuhkan transformator tap tengah. Bentuk dasar dari rangkaian penyearah gelombang penuh dapat digambarkan sebagai berikut : Gambar 2.7 Diagram skematik rangkaian penyearah jembatan [2] Selama setengah siklus positif dari tegangan masukan, V i bernilai positif dan arus dikonduksikan melalui dioda D 1, Resistor R dan dioda D 2. Sementara itu, dioda D 5 dan D 4 akan dicatu mundur. Selama setengah siklus negatif, tegangan V i akan menjadi negatif, dan diode D 5 dan D 4 dicatu maju sehingga arus melalui R dengan arah yang sama pada setengah siklus positif. Gelombang keluaran dari penyearah jenis ini adalah sebagai berikut : Gambar 2.8 Gelombang masukan dan keluaran penyearah jembatan [2] 9

2.2.3 Inverter Inverter digunakan untuk mengubah daya arus searah menjadi daya arus bolak balik pada tegangan dan frekuensi yang dapat dikendalikan. Tegangan bolak balik yang dihasilkan berbentuk gelombang persegi (non sinusoidal) dan frekuensi yang dihasilkan ditentukan oleh frekuensi penyalaan pada komponen elektronika daya utama inverter. Inverter selain untuk UPS juga digunakan antara lain untuk: mengatur kecepatan motor induksi, catu daya pada pesawat udara, catu daya transmisi tegangan tinggi arus searah, dan lain-lain. Inverter dapat dibagi menjadi beberapa jenis diantaranya : 2.2.3.1 Inverter Ferroresonant [3] Bentuk dasar dari rangkaian inverter Ferroresonant dapat digambarkan sebagai berikut : Gambar 2.9 Diagram skematik rangkaian inverter ferroresonant [2] Rangkaian diatas terdiri dari sebuah oscillator yang mengontrol SCR switches yang mengumpan transformator ferroresonant dan filter harmonik. Mode operasi saturasi menghasilkan keluaran tegangan yang teratur dan membatasi arus keluarannya. Efisiensi untuk inverter jenis ini bervariasi mulai dari 50 hingga 83% tergantung dari beban yang terhubung, sedangkan respon waktu dari jenis inverter ini adalah sekitar 20 milidetik. 2.2.3.2 Inverter Delta Magnetic Inverter jenis ini biasa digunakan pada sistem tiga fasa. Rangkaian inverter Delta Magnetic dapat digambarkan sebagai berikut : 10

Gambar 2.10 Diagram skematik rangkaian inverter Delta Magnetik [2] Modul inverter A1, B1 dan C1 menghasilkan keluaran gelombang persegi yang mengalami pergeseran relatif antarfasa sebesar 120. Gelombang tersebut dikopel pada sisi primer dari transformator T1 melalui induktor linear. T1 adalah transformator isolasi tiga fasa konvensional. 2.2.3.3 Inverter-fed L/C Tank Bentuk dasar dari rangkaian inverter-fed L/C Tank dapat digambarkan sebagai berikut : Gambar 2.11 Diagram skematik rangkaian inverter fed L/C Tank [2] Rangkaian tank berfungsi untuk merekonstruksi keluaran gelombang sinus pada sistem. Pengaturan dapat dilakukan dengan memvariasikan kapasitansi atau induktansi untuk mengontrol resonansi parsial atau faktor daya. 2.2.3.4 Quasi-Square Wave Inverter [3] Inverter gelombang quasi-square menghasilkan suatu bentuk gelombang variabel yang harus difilter dengan mengatur jaringan induktif-kapasitif seri dan paralel untuk mengurangi harmonik dan membentuk keluaran yang sinusoidal. Rangkaian inverter quasi-square wave dapat digambarkan sebagai berikut : 11

Gambar 2.12 Diagram skematik rangkaian inverter quasi-square wave [2] Karena pada rangkaian inverter ini terdapat filter, maka respon inverter terhadap perubahan beban menjadi lambat (umumnya berada pada interval 150 hingga 200 milidetik) dengan efisiensi sebesar 80%. Inverter jenis ini memerlukan rangkaian pengatur tegangan dan pembatas arus yang menyebabkan terjadinya kompleksitas rangkaian, sehingga harga inverter jenis ini relatif mahal. 2.2.3.5 Inverter Step Wave Inverter jenis ini merupakan suatu multistep inverter yang mengendalikan suatu transformator gabungan. Konsep umum dari rangkaian inverter jenis ini dapat digambarkan sebagai berikut : Gambar 2.13 Blok diagram rangkaian inverter Step wave [2] Kejernihan dari keluaran gelombang sinus yang dihasilkan oleh inverter ini merupakan fungsi dari sejumlah langkah-langkah diskrit. Pengaturan tegangan dicapai dengan menggunakan sebuah power suplai boost dc-to-dc yang diseri dengan baterai. Gambar (a) dan (b) menunjukkan dua implementasi yang berbeda pada unit satu fasa. 12

Gambar 2.14 Diagram skematik rangkaian inverter Step wave [2] Gambar 2.15 Diagram skematik rangkaian inverter step wave beserta gelombang keluarannya[2] Pada kedua gambar diatas, inverter dikendalikan oleh suatu osilator. Adapun respon waktu dari inverter jenis ini adalah sekitar 20 milidetik dengan efisiensi mencapai 85%. 2.2.3.6 Pulse-Width Modulation (PWM) Inverter [3] Bentuk dasar dari rangkaian inverter Pulse-Width Modulation (PWM) dapat digambarkan sebagai berikut : 13

Gambar 2.16 Diagram skematik rangkaian inverter Pulse-Width Modulation (PWM) [2] Rangkaian PWM menggabungkan dua inverter yang mengatur tegangan keluaran dengan memvariasikan lebar pulsa. Keluaran yang dihasilkan dari inverter jenis ini sangat mirip dengan suatu gelombang sinus. Respon waktu pada filter ini mendekati 100 milidetik. 2.2.3.7 Phase Modulation Inverter Sistem ini menggunakan konversi dc-to-ac melalui modulasi fasa dari dua gelombang persegi dengan frekuensi tinggi untuk menghasilkan suatu gelombang keluaran. Rangkaian inverter jenis ini dapat diilustrasikan sebagai berikut : Gambar 2.17 UPS statis yang menggunakan carrier modulasi fasa [2] 2.2.4 Penguat Arus Searah (DC Chopper) Penguat arus searah (DC Chopper), adalah suatu rangkaian yang berfungsi untuk mengubah (menaikkan atau menurunkan) tegangan searah seperti halnya transformator pada tegangan bolak-balik. Pada UPS yang digunakan adalah penguat arus searah naik (chopper step up), yang berfungsi untuk menaikkan tegangan baterai. Ketika tegangan input dalam kondisi abnormal dan mati. Maka baterai akan mensuplai daya, dengan terlebih dahulu menaikkan tegangannya pada penguat arus searah biasanya dari 82VDC ke 360 VDC, lalu meneruskannya ke inverter (biasa disebut tegangan DC Bus). 14

Gambar 2.18 Rangkaian Penguat arus searah [3] 2.3 PRINSIP KERJA UPS Menurut cara kerjanya UPS dapat dibagi menjadi dua, yaitu: 2.3.1 UPS Jenis On Line UPS jenis On Line yaitu UPS yang bekerja secara menyeluruh semua bagiannya disaat UPS dalam kondisi normal (ada input listrik). Dan jenis ini yang kebanyakan ada dan dipakai saat ini. Karena baik saat normal maupun darurat ( emergency ) output UPS lebih stabil dan halus. UPS bekerja secara bypass disaat UPS dalam kondisi perawatan atau saat ada gangguan. BYPASS STATIC SWITCH ISOLATION TRANSFORMER INPUT POWER MCCB LINE FILTER RECTIFIER / CHARGER / CHOPPER INVERTER OUTPUT POWER SURGE ABSORBER BATTERIES Gambar 2.19 Diagram blok UPS on line [4] Dalam sistem kerjanya, UPS jenis ini memiliki tiga keadaan atau sistem operasi : 2.3.1.1 Keadaan Input Normal 15

Dalam kondisi normal, UPS bekerja ketika input listrik menyala. Gambar 2.12, menggambarkan aliran daya ketika UPS dalam kondisi normal. BYPASS STATIC SWITCH ISOLATION TRANSFORMER INPUT POWER MCCB LINE FILTER RECTIFIER / CHARGER / CHOPPER INVERTER OUTPUT POWER SURGE ABSORBER BATTERIES POWER FLOW Gambar 2.20 Aliran daya UPS kondisi normal [4] Penyearah pada unit UPS, termasuk rangkaian penguat arus searah, mengubah input listrik bolak-balik ke listrik searah. Rangkaian penguat( Chopper) menjaga tegangannya konstan, dengan pembatasan arus, untuk mengisi baterai dan juga mensuplai tegangan searah dengan besaran tertentu ke bagaian inverter. Bagian inverter membangkitkan tegangan keluaran sinusoida dengan kualitas baik. Bagian baterai selalu terpelihara dengan keadaan pengisian yang konstan ketika UPS dalam kondisi ini. 2.3.1.2 Keadaan Bypass Jika unit UPS dalam keadaan beban lebih atau terdapat gangguan internal, aliran arus secara otomatis pindah dari unit rangkaian utama ke rangkaian bypass. Arah aliran dapat dilihat pada gambar 2.13. Perpindahan ini terjadi secara otomatis kurang dari empat milidetik dalam fasa. Waktu perpindahan tidak cukup lama karena akan mengakibatkan interupsi pada banyak beban. Jika aliran arus pindah ke kondisi bypass karena terjadi beban lebih dan kondisi beban lebih berakhir dalam beberapa saat, maka aliran arus secara otomatis kembali ke keadaan operasi normal. 16

BYPASS STATIC SWITCH ISOLATION TRANSFORMER INPUT POWER MCCB LINE FILTER RECTIFIER / CHARGER / CHOPPER INVERTER OUTPUT POWER SURGE ABSORBER BATTERIES POWER FLOW Gambar 2.21 Aliran daya UPS kondisi bypass [4] Jika aliran arus dalam kondisi bypass akibat terjadinya gangguan ( fault condition ), maka aliran arus harus pindah secara manual dari kondisi bypass ke kondisi operasi normal, setelah gangguan tersebut diatasi. Biasanya dengan cara mereset saklar RUN/STOP. Dan ini juga berlaku untuk gangguan-gangguan yang tidak fatal. 2.3.1.3 Keadaan Darurat (Kerja Baterai) Ketika daya input arus bolak-balik mengalami gangguan atau mati, maka baterai-baterai UPS segera mensuplai tegangan searah ke bagian inverter UPS. Rangkain ini mengkonversinya menjadi tegangan bolak-balik pada output UPS. BYPASS STATIC SWITCH ISOLATION TRANSFORMER INPUT POWER MCCB LINE FILTER RECTIFIER / CHARGER / CHOPPER INVERTER OUTPUT POWER SURGE ABSORBER BATTERIES POWER FLOW Gambar 2.22 Aliran daya UPS kondisi darurat [4] Proses ini akan terus berlangsung hingga tegangan baterai jatuh (drop). Ketika ini terjadi, baterai akan menghentikan suplai daya ke beban. Bateraibaterai UPS biasanya sanggup memberikan waktu sekitar tujuh menit waktu backup ( tanpa tambahan bank baterai). Waktu ini tepat ketika unit UPS beroperasi saat beban penuh (87% dari nominal kapasitas output). Ketika UPS 17

beroperasi dengan beban setengah penuh, baterai-baterai dapat memberikan 30 menit waktu backup. Besaran waktu ini tergantung model dan merek UPS, kondisi baterai, tipe beban, temperatur dan variabel lainnya. 2.3.2 UPS Jenis Off Line UPS jenis Off Line, yaitu UPS yang bekerja secara bypass, dimana saat listrik input dalam keadaan normal, maka bagian inverter tidak bekerja. Sedangkan saat listrik padam, maka inverter bekerja. Pada UPS jenis off Line, outputnya akan mengalami pemutusan sementara yaitu pada saat transfer switch bekerja. Transfer switch akan bekerja pada saat listrik utama padam. Proses ini terjadi dalam waktu kurang dari 4 milidetik. Meskipun demikian untuk peralatan yang sensitif terhadap gangguan listrik, hal ini akan sangat mungkin dapat mengakibatkan gangguan terhadap sistem peralatan yang digunakan. Pada UPS jenis ini beban (output) dari UPS akan mendapatkan sumber listrik langsung pada saat sumber listrik utama (PLN) ada, baru pada saat llistrik utama PLN padam beban mendapatkan sumber energi listrik dari UPS. Sehingga pada saat sumber listrik utama ada, tegangan output akan sangat bergantung pada input sumber listrik utama PLN. Untuk mengatasi hal ini maka dikembangkanlah metode line interactive untuk mengurangi ganguan yang diakibatkan oleh buruknya sumber listrik utama. Blok diagramnya akan menjadi seperti gambar dibawah ini : Gambar 2.23 Diagram blok off line UPS saat kondisi normal (bypass) [2], [4], [5] 18

Gambar 2.24 Diagram blok off line UPS saat kondisi darurat [2], [4], [5] 2.4 HARMONIK PADA UPS Salah satu masalah terbesar dalam aspek kualitas daya adalah kandungan harmonik pada sistem listrik. Harmonik adalah gangguan yang terjadi pada sistem distribusi tenaga listrik akibat terjadinya distorsi gelombang arus dan tegangan. Pada dasarnya, harmonik adalah gejala pembentukan gelombang-gelombang dengan frekuensi berbeda yang merupakan perkalian bilangan bulat dengan frekuensi dasarnya. Hal ini disebut frekuensi harmonik yang timbul pada bentuk gelombang aslinya sedangkan bilangan bulat pengali frekuensi dasar disebut angka urutan harmonik. Misalnya, frekuensi dasar suatu sistem tenaga listrik adalah 50 Hz, maka harmonik keduanya adalah gelombang dengan frekuensi sebesar 100 Hz, harmonik ketiga adalah gelombang dengan frekuensi sebesar 150 Hz dan seterusnya. Gelombang-gelombang ini kemudian menumpang pada gelombang murni atau aslinya sehingga terbentuk gelombang cacat yang merupakan jumlah antara gelombang murni sesaat dengan gelombang harmoniknya. Proses tersebut dapat digambarkan sebagai berikut : 19

Gambar 2.25 Proses pembentukan gelombang yang terdistorsi harmonik Sumber harmonik arus dan tegangan mempengaruhi rugi daya, interferensi magnetik (EMI), dan torsi pulsa pada drives motor AC. Beberapa bentuk gelombang periodik dapat ditampilkan dan diset komponen harmoniknya. Dengan transformasi Fourier, komponen ini dapat dipecahkan. Frekuensi masing-masing komponen harmonik adalah suatu pembagian terintegrasi dari pokoknya. 2.4.1 Analisis Harmonik Gambar 2.13 memperlihatkan suatu gelombang terdistorsi yang telah dipisahkan menjadi gelombang fundamental dan komponen harmonik ketiga. Gambar 2.25 Tampilan gelombang terdistorsi fundamental dengan harmonik ketiga [6] 20

Penguraian gelombang periodik dengan cara tersebut beracuan pada analisis Fourier seperti ditunjukkan pada persamaan berikut : st F( s) = f ( t) e dt............................................ (2.5) f ( t) = F( s) e st dt............................................. (2.6) Gambar 2.26 Transformasi pulsa [6] Ao 2π 1 = f ( x) dx 2π............................................. (2.6) 0 An 2π 1 = f ( x) Sin ( nx) dx 2π...................................... (2.7) 0 Bn 2π 1 = f ( x) Cos ( nx) dx 2π...................................... (2.8) 0 H = A + B.............................................. (2.9) 2 2 n ( n n ) θ 1 n n = tan An B............................................... (2.10) A n f ( x) = Ao +........................................... (2.11) 1 Bn H n 2π 2 = f ( x) Sin ( nx) dx π...................................... (2.12) n = 1,3,5,7... 0 21

2.4.2 Faktor distorsi harmonik dan distorsi harmonik total Setelah gelombang periodik dipecah menjadi komponen sinusoidalnya, analisis kuantitatif dari bagian-bagiannya dapat dilakukan. Istilah faktor distorsi digunakan dalam analisis ini. Faktor distorsi harmonik didefinisikan sebagai : 1/2 df = Jumlah kuadrat amplitudo semua harmonik Kuadrat fungsi nonsinusoidal. 100%.......... (2.13) Faktor distorsi dapat mengacu baik pada tegangan atau arus. Istilah yang paling umum digunakan adalah total harmonic distortion (THD) yang dapat dihitung baik untuk tegangan maupun arus. Nilai distorsi harmonik total (THD) ditentukan dengan n U n= 2 THD =.100%.......................................(2.14) U 1 2 n dengan U 1 adalah komponen fundamental suatu sinyal dan U 2 sampai U n adalah komponen harmonik 2.4.3 Karakteristik Keluaran Harmonik Pada Inverter Karakteristik yang diinginkan dari inverter adalah output sinusoidal dengan magnitude dan frekuensi yang dapat dikontrol. Untuk memperoleh hal tersebut, maka suatu sinyal sinusoidal pada frekuensi yang diinginkan dibandingkan pada gelombang segitiga. Gambar 2.27 Sinyal sinusoid dan gelombang segitiga pada PWM [7] Sinyal Vtriangular (Vtri) berada pada frekuensi switching (fs)/ Frekuensi carrier Sinyal Control (Vcontrol) memiliki frekuensi modulasi yang merupakan 22

frekuensi fundamental yang dari tegangan output inverter. Rasio modulasi amplitudo dari gelombang yang dihasilkan adalah : ma = V control...................................(2.15) V tri Sedangkan rasio modulasi frekuensi yang dari gelombang yang dihasilkan adalah ma = f s..................................... (2.16) f 1 Tegangan keluaran yang dihasilkan inverter akan mengandung harmonik. Adapun frekuensi dari tegangan harmonik yang terjadi dapat dirumuskan sbb : fh = (jmf ± k)f 1....................................(2.17) dengan orde harmonik : h = j(mf) ± k..................................... (2.18) Gambar 2.28 Contoh keluaran harmonik yang terjadi [7] 23

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. METODE PENGUKURAN Metode pengukuran yang dilakukan pada percobaan adalah berdasarkan pada kompilasi dari dua standar, yaitu IEC 62040-3 (metode menentukan performansi dan persyaratan test) dan standar nasional kanada CSA C813.1-01 (Metode pengujian performansi untuk Uninterruptible Power Supply) [8]. Dari kompilasi tersebut, nilai nilai karakteristik yang akan diuji adalah sebagai berikut : Tegangan, arus dan daya untuk pembebanan mendekati 25%, 50%, 75% dan 100% dari kapasitas maksimal UPS Faktor daya Distorsi harmonik total pada arus (THDI) Distorsi harmonik total pada tegangan (THDU) Besaran besaran yang akan diukur pada UPS berbeban masing masing dapat diketahui melalui alat ukur daya HIOKI Hi-Power Tester and Analyzer tipe 3169. Melalui alat tersebut akan didapatkan nilai nilai parameter yang dibutuhkan bagi analisis performansi UPS terhadap berbagai tingkat pembebanan dan berbagai kombinasi jenis beban. Parameter parameter tersebut adalah nilai tegangan [V], arus [A], daya [W, VAR, VA], faktor daya, frekuensi sistem [Hz], THD [%], persentase [%] dan sudut fasa [ ], komponen harmonik tegangan serta bentuk gelombang arus dan tegangan sistem. Pengukuran dilakukan pada dua kondisi kerja pada UPS yaitu kondisi bypass (dimana suplai daya berasal dari jaringan PLN) dan kondisi darurat (dimana suplai daya berasal dari baterai UPS). Kombinasi jenis beban dan tingkat pembebanan dilakukan dengan menggunakan resistor variabel, induktor variabel dan kapasitor variabel dengan mengatur variasi hambatan hingga diperoleh nilai yang mendekati kombinasi tingkat pembebanan yang diinginkan. Berikut adalah gambar rangkaian ekivalen masing masing beban : 24

(a) (b) Gambar 3.1 Rangkaian ekivalen (a) Resistor Variabel, (b) Induktor Variabel, (c) Kapasitor (c) Variabel Gambar 3.2 Skema pembebanan untuk beban resistif murni (a) mendekati 25%, (b) mendekati 50%, (c) mendekati 75%, (d) mendekati 100% Gambar 3.3 Skema pembebanan untuk beban induktif dan kapasitif murni (a) mendekati 25%, (b) mendekati 50%, (c) mendekati 75%, (d) mendekati 100% 25

Gambar 3.4 Skema pembebanan untuk beban resistif-induktif pada tingkat pembebanan (a) mendekati 25%, (b) mendekati 50%, (c) mendekati 75%, (d) mendekati 100% Gambar 3.5 Skema pembebanan untuk beban resistif-kapasitif pada tingkat pembebanan (a) mendekati 25%, (b) mendekati 50%, (c) mendekati 75%, (d) mendekati 100% 3.2. SKENARIO PEMBEBANAN DAN PENGUJIAN KARAKTERISTIK UPS PADA KONDISI BYPASS Untuk kondisi ini, secara umum skema rangkaian pada percobaan dapat digambarkan sebagai berikut : Gambar 3.6 Skema pembebanan untuk kondisi bypass 26

Pengambilan data dilakukan untuk beban resistif murni, induktif murni, kapasitif murni, resistif-induktif, resistif-kapasitif dan resistif-induktif-kapasitif dengan tingkat pembebanan untuk masing masing jenis beban adalah mendekati 25%, 50%, 75%, dan 100% dari kapasitas UPS yang digunakan pada percobaan. 3.2.1. Beban Resistif Murni Pengukuran ini dimaksudkan untuk melihat performansi UPS pada beban resistif murni untuk kondisi bypass. Berikut adalah data hasil pengukuran pada percobaan : Tabel 3.1 Data hasil pengukuran beban resistif murni (kondisi bypass) Jenis Beban Resistif Rating beban [%] v [V] i [A] P [W] Q [VAR] Kondisi Bypass S [VA] PF F [Hz] THDU [%] THDI [%] 25 207.7 0.71 147.6-1.6 147.6-0.99 49.8 2.9 2.9 50 207.09 1.4 290.3-3.1 290.4-0.99 49.98 2.76 2.77 75 226.65 2.02 457.8-5.4 457.8-0.99 49.89 2.89 2.89 100 222.11 2.48 552.9-6.4 552.9-0.99 49.87 2.89 2.89 3.2.2. Beban Induktif Murni Pengukuran ini dimaksudkan untuk melihat performansi UPS pada beban induktif murni untuk kondisi bypass. Berikut adalah data hasil pengukuran pada percobaan : Tabel 3.2 Data hasil pengukuran beban induktif murni (kondisi bypass) Jenis Beban Induktif Rating beban [%] v [V] i [A] P [W] Q [VAR] Kondisi Bypass S [VA] PF F [Hz] THDU [%] THDI [%] 25 211.53 0.72 13.8 152.5 153.1 0.09 49.96 2.91 3.36 50 210.87 1.45 23.7 304.2 305.2 0.07 50 2.86 3.56 75 210.24 2.219 31.9 464.8 465.9 0.068 50 2.88 3.22 100 209.7 2.68 40.4 561.2 562.7 0.07 50.13 3.06 3.32 27

3.2.3. Beban Kapasitif Murni Pengukuran ini dimaksudkan untuk melihat performansi UPS pada beban kapasitif murni untuk kondisi bypass. Berikut adalah data hasil pengukuran pada percobaan : Tabel 3.3 Data hasil pengukuran beban kapasitif murni (kondisi bypass) Jenis Beban Kapasitif Rating beban [%] v [V] i [A] P [W] Q [VAR] Kondisi Bypass S [VA] PF F [Hz] THDU [%] THDI [%] 25 211.46 0.73-0.4-152.6 152.6-0.002 49.9 3.03 16.93 50 211.2 1.45-1.9-302 302-0.006 49.7 2.72 16.16 75 208.28 2.135-3.6-438.7 438.7-0.0082 50.04 2.84 14.47 100 210.98 2.64-4 -551.6 551.6-0.007 49.9 2.93 14.78 3.2.4. Beban Resistif-Induktif Pengukuran ini dimaksudkan untuk melihat performansi UPS pada beban resistif-induktif untuk kondisi bypass. Berikut adalah data hasil pengukuran pada percobaan : Tabel 34 Data hasil pengukuran beban Resistif-Induktif (kondisi bypass) Jenis Beban Resistif- Induktif Rating Kondisi Bypass beban v i P Q S F THDU THDI PF [%] [V] [A] [W] [VAR] [VA] [Hz] [%] [%] 25 211.71 0.71 112.1 99 149.6 0.75 49.9 2.87 2.01 50 209.98 1.386 211.3 200 290.9 0.726 49.9 2.86 2.1 75 212.23 2.015 78.1 419.7 426.9 0.183 50 2.91 3 100 206.84 2.78 188.8 543.3 575.2 0.328 49.9 2.89 3.13 3.2.5. Beban Resistif-Kapasitif Pengukuran ini dimaksudkan untuk melihat performansi UPS pada beban resistif-kapasitif untuk kondisi bypass. Berikut adalah data hasil pengukuran pada percobaan : 28

Tabel 3.5 Data hasil pengukuran beban Resistif-Kapasitif (kondisi bypass) Jenis Beban Resistif- Kapasitif Rating beban [%] v [V] i [A] P [W] Q [VAR] Kondisi Bypass S [VA] PF F [Hz] THDU [%] THDI [%] 25 212.18 0.69 103.7-103.7 146.7-0.7 50 2.82 11.9 50 231.29 1.469 236.8-240.8 337.8-0.7 50 2.92 10.52 75 210.71 2.17 46.2-449.5 451.9-0.1 50 2.93 14.6 100 208.64 2.72 145.1-542.5 561.6-0.258 50.15 2.86 13.87 3.2.6. Beban Dengan Faktor Daya Lag Pengukuran ini dimaksudkan untuk melihat performansi UPS pada beban dengan faktor daya lag untuk kondisi bypass. Berikut adalah data hasil pengukuran pada percobaan : Jenis Beban PF Lead Tabel 3.6 Data hasil pengukuran beban dengan faktor daya lag (kondisi bypass) Faktor Kondisi Bypass Daya v i P Q S F THDU THDI PF [Lead] [V] [A] [W] [VAR] [VA] [Hz] [%] [%] 0.5 231.34 2.107 248.8 418.2 486.6 0.511 49.9 2.82 3.49 0.6 204.99 1.915 228 319.1 392.2 0.58 50 2.72 3.49 0.7 225.89 2.105 353.1 318 475.2 0.743 49.9 3.08 3.28 0.8 229.17 1.6 303.8 205.6 366.8 0.828 49.9 3.08 2.81 0.9 208.42 1.79 336.7 163.2 374.1 0.899 49.9 2.87 2.49 3.2.7. Beban Dengan Faktor Daya Lead Pengukuran ini dimaksudkan untuk melihat performansi UPS pada beban dengan faktor daya lead untuk kondisi bypass. Berikut adalah data hasil pengukuran pada percobaan : Jenis Beban PF Lag Tabel 3.7 Data hasil pengukuran beban dengan faktor daya lag (kondisi bypass) Rating Kondisi Bypass beban v i P Q S F THDU THDI PF [%] [V] [A] [W] [VAR] [VA] [Hz] [%] [%] 0.5 208.38 1.98 218-350.8 413-0.53 50 2.81 4.84 0.6 232.73 2.06 291-381.3 479.6-0.6 49.8 2.91 4.48 0.7 205.41 1.94 281 284.3 399.7-0.7 50 3.19 4.35 0.8 204.81 2.14 341.1 275.6 438.5-0.78 50 3.05 3.82 0.9 205.39 1.84 337.4-171.3 378.4-0.89 50 2.93 3.25 29