SKRIPSI ANALISIS PENGARUH PENGOPERASIAN BEBAN- BEBAN NON LINIER TERHADAP DISTORSI HARMONISA PADA BLUE POINT BAY VILLA & SPA I PUTU ALIT ANGGA WIDIANTARA JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA JIMBARAN-BALI 2015
SKRIPSI ANALISIS PENGARUH PENGOPERASIAN BEBAN- BEBAN NON LINIER TERHADAP DISTORSI HARMONISA PADA BLUE POINT BAY VILLA & SPA I PUTU ALIT ANGGA WIDIANTARA NIM. 1104405083 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA JIMBARAN-BALI 2015 i
Analisis Pengaruh Pengoperasian Beban-Beban Non Linier Terhadap Distorsi Harmonisa Pada Blue Point Bay Villa & SPA Tugas Akhir/Skripsi Diajukan Sebagai Persyarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana S1 (Strata 1) pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana I PUTU ALIT ANGGA WIDIANTARA NIM. 1104405083 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015 ii
LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS Tugas Akhir/Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar. Nama : I Putu Alit Angga Widiantara NIM : 1104405083 TTD :... Tanggal : 29 Desember 2015 iii
KATA PENGANTAR Om Swastiastu, Puja dan puji syukur kehadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa/Tuhan Yang Maha Esa, karena atas segala limpahan berkat dan Rahmat-Nya sehingga tugas akhir yang berjudul ʻʻAnalisis Pengaruh Pengoperasian Beban-Beban Non Linier Terhadap Distorsi Harmonisa Pada Blue Point Bay Villa & Spa ini dapat diselesaikan penulis dengan tepat waktu. Tugas akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelesaikan pendidikan sarjana strata satu (S1) pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana. Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak memperoleh petunjuk dan bimbingan dari berbagai pihak. Sehingga pada kesempatan ini perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Prof. Ir. Ngakan Putu Gede Suardana, MT, Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana. 2. Bapak Wayan Gede Ariastina, S.T., M.Eng.Sc., Ph.D.selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana. 3. Bapak Ir. I Wayan Rinas, MT Selaku dosen pembimbing I yang telah banyak memberikan arahan, waktu, semangat, serta saran-saran selama penyusunan laporan. 4. Bapak Ir. Antonius Ibi Weking, MT Selaku dosen pembimbing II yang telah banyak memberikan arahan, waktu, semangat, serta saran-saran selama penyusunan laporan. 5. Bapak I Ketut Ta, ST, MT yang sudah membantu dalam pembuatan program dan memberikan banyak arahan, waktu serta semangat penyusunan laporan. 6. Bapak, Ibu dan keluarga terima kasih atas doa, dukungan, serta saran-saran yang selalu diberikan. 7. Bapak I Gede Wiarsana selaku Asst. Cief Engineering Blue Point Bay Villa & Spa yang telah banyak membantu dalam penulisan Tugas Akhir ini sehingga dapat terselesaikan dengan baik. v
8. Teman-teman Elektro 11 terutama Natha, Bang latif dan Krisna DP yang selalu ada disaat suka maupun duka selama menempuh perkuliahan sehingga skripsi ini dapat diselesaikan 9. Teman-teman Serdadu Tridatu yang selalu menghibur kapan saja dan dimana saja sehingga rasa sulit yang dirasakan dapat dilewati secara bersama-sama. 10. Rima Pranita yang yang selalu menghibur kapan saja dan dimana saja sehingga rasa sulit yang dirasakan dapat dilewati. 11. Serta semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu atas bantuan dan saran yang diberikan sehingga laporan ini bisa selesai tepat pada waktunya. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu segala kritik dan saran yang bersifat konstruktif sangat diharapkan demi kesempurnaan tugas akhir ini. Akhir kata, penulis mohon maaf kepada semua pihak jika dalam pembuatan tugas akhir ini melakukan kesalahan. Semoga Ida Sang Hyang Widhi Wasa/Tuhan Yang Maha Esa selalu melimpahkan rahmat-nya kepada semua pihak yang telah membantu pelaksanaan dan penyelesaian tugas akhir ini. Om Santih Santih Santih Om, Bukit Jimbaran, Desember 2015 Penulis vi
ABSTRAK Blue Point Bay Villa & Spa terletak di jalan Uluwatu Jimbaran-Bali, dimana daya yang terpasang dengan kapasitas 555 KVA. Peralatan elektronik yang digunakan untuk menunjang fasilitas seperti AC ( Air Conditioner), TV, pompa air, lampu daylight PLC, dan lain sebagainya yang dikategorikan sebagai beban non linier. Penelitian ini menganalisis mengenai pengaruh pengoprasian bebanbeban non linier terhadap distorsi harmonis di Villa Blue Point dengan menggunakan software ETAP, sehingga dapat diketahui distorsi harmonik yang disebabkan oleh pengoperasian beban-beban non linier. Berdasarkan hasil analisis, total beban non linier yang terdapat pada Blue Point Bay Villa & Spa hasil pengukuran adalah sebesar 190.672,5 watt. Batas standar THD I berdasarkan IEEE Standard 519 1992, untuk SCratio <20 adalah 5.0 % dan batas maksimum THD V menurut IEEE standard 519 1992 adalah 5.0 %, karena tegangan di Blue Point Bay Villa & Spa dibawah 69 KV. Nilai THD I hasil running tidak memenuhi standar IEEE 519-1992, yaitu seluruh SDP memiliki persentase THD I diatas 5.0 %. Persentase THD I paling besar terdapat di SDP 1.5 sebesar 19,48 % sedangkan persentase THD I di SDP lainnya memiliki persentase rata-rata sebesar 8,8 %. Hal ini dikarenakan beban non linear yang terdapat di SDP 1.5 dan beban masing-masing phasa di SDP 1.5 yang tidak seimbang. Sedangkan nilai THD V hasil running masih memenuhi standar IEEE 519-1992, yaitu seluruh SDP memiliki persentase THD V dibawah 5%. Persentase THD V paling besar terdapat di SDP 1.3 sebesar 2,83 % sedangkan persentase THD V di SDP lainnya memiliki persentase rata-rata sebesar 2,72 %. Kata kunci : Beban non linier, Harmonisa. vii
ABSTRACK Blue Point Bay Villa & Spa is located in the Uluwatu Jimbaran, Bali, where the installed power capacity of 555 KVA. Electronic equipment used for support facilities such as AC (Air Conditioner), TV, water pumps, PLC daylight lamp, etc. are categorized as a nonlinear load. This research analyzed the operator of the influence of non-linear loads against harmonic distortion at Villa Blue Point using ETAP software, so it can be known harmonic distortion caused by the operation of non-linear loads. Based on the analysis, the total non-linear load contained on Blue Point Bay Villa & Spa is the measurement result of 190,672.5 watts. Limit THD I standard based on IEEE Standard 519-1992, for SCratio <20 is 5.0 % and maximum limits THD V according to IEEE standard 519-1992 is 5.0 %, since the voltage at the Blue Point Bay Villa & Spa under 69 KV. THD I value the results of running does not meet the standards of IEEE 519-1992, the entire SDP has THD I percentage above 5 %. THD I greatest percentage contained in the SDP 1.5 by 19,48 % while the percentage THD I in other SDP has an average percentage of 8,8%. This is because the non-linear load contained in SDP 1.5 and load each phase in SDP 1.5 is not balanced. While the value of THD V results of running still meets the IEEE 519-1992 standard, ie the entire SDP has THD V percentage below 5 %. THD V greatest percentage contained in SDP 1.3 by 2,83 %, while the percentage THD V in other SDP has an average percentage of 2,72 %. Keywords : Non linier loads, Harmonic. viii
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... i PRASYARAT GELAR... ii LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS... iii LEMBAR PENGESAHAN... iv KATA PENGANTAR... v ABSTRAK... vii ABSTRACT... viii DAFTAR ISI... ix DAFTAR TABEL... xii DAFTAR GAMBAR... xiii DAFTAR LAMPIRAN... xv DAFTAR SINGKATAN... xvi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan Penelitian... 2 1.4 Manfaat Penelitian... 3 1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah... 3 BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir... 4 2.2 Sistem Tenaga Listrik... 5 2.3 Penghantar dan Kabel Listrik Dalam Instalasi Listrik... 6 2.3.1 Kabel NYA... 9 2.3.2 Kabel NYY... 10 2.3.3 Kabel NYFGBY... 10 2.4 Panel Hubung Bagi (PHB)... 10 2.5 Kualitas Daya Listrik... 11 2.5.1 Konsep kualitas daya listrik... 12 ix
2.5.2 Jenis-jenis permasalahan kualitas daya listrik... 13 2.6 Teori Harmonisa... 14 2.6.1. Sumber harmonisa... 15 2.6.2 Pengaruh harmonisa dalam sistem tenaga listrik... 16 2.6.3 Interharmonisa... 17 2.6.4 Orde harmonisa... 17 2.6.5 Spektrum harmonisa... 18 2.6.6 Harmonisa pada jaringan distribusi... 18 2.6.7 Beban linier dan beban non linier... 20 2.6.8 Penyearah (Rectifier)... 22 2.6.9 Total harmonic distortion (THD)... 24 2.6.10 Standar harmonisa... 26 2.6.11 Permasalahan teknik yang ditimbulkan oleh harmonisa... 28 2.6.11.1 Konsep daya... 28 2.6.11.2 Konsep faktor daya... 29 2.6.11.3 Tegangan sistem... 31 2.7 ETAP (Electric Transient and Analysis Program)... 32 2.7.1. Study toolbar... 33 2.7.2 Study case editor... 34 2.7.3 Info page... 34 2.7.4 Plot page... 35 2.7.5 Model page... 36 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian... 38 3.2 Sumber dan Jenis Data Penelitian... 38 3.2.1 Sumber data... 38 3.2.2 Jenis data... 38 3.2.3 Teknik pengumpulan data... 38 3.3 Analisis Data... 39 3.5 Alur Analisis... 40 x
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Sistem Kelistrikan Blue Point Villa & SPA... 41 4.2. Pengelompokan Beban-Beban Non Linier... 43 4.3 Kapasitas Daya Aktif, Daya Semu dan Arus Beban Non Linier pada Setiap SDP... 44 4.4 Standar Distorsi Harmonisa Arus dan Tegangan di Blue Point Bay Villa & Spa Berdasarkan IEEE 519-1992... 46 4.4.1 Batas maksimum THD I di Blue Point Bay Villa & Spa... 46 4.4.2 Batas maksimum THD V di Blue Point Bay Villa & Spa... 51 4.5 Simulasi Analisis THD Arus dan THD Tegangan Menggunakan Software ETAP... 52 4.5.1 Analisis THDI di Blue Point Bay Villa & Spa... 55 4.5.2 Analisis THDV di Blue Point Bay Villa & Spa... 56 BAB V SIMPULAN DAN SARAN 5.1 Simpulan... 57 5.2 Saran... 57 DAFTAR PUSTAKA... 59 LAMPIRAN... 61 xi
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Kemampuan pengantar arus kabel instalasi berbahan tembaga, berisolasi, dan berselubung PVC... 8 Tabel 2.2 Tegangan nominal kabel berdasarkan warna selubung luar kabel PVC... 8 Tabel 2.3 Polaritas dari komponen harmonisa... 24 Tabel 2.4 Current distortion limirs untuk general distribution system... 27 Tabel 2.5 Voltage distortion limits... 28 Tabel 4.1 Data karakteristik traformator distribusi Blue Point Bay Villa & Spa... 41 Tabel 4.2 Daya aktif, daya semu dan arus beban-beban non linier pada SDP... 45 Tabel 4.3 Total beban pada tiap-tiap phasa masing-masing SDP di Blue Point Bay Villa & Spa... 47 Tabel 4.4 Hasil I L dan SC rasio pada setiap SDP di Blue Point Bay Villa & Spa... 48 Tabel 4.5 Batas maksimum THD I menurut IEEE standard 519-1992 di Blue Point Bay Villa & Spa... 49 Tabel 4.6 Perbandingan THD I pengukuran dengan IEEE 519-1992... 50 Tabel 4.7 Perbandingan THD V pengukuran dengan IEEE 519-1992... 51 Tabel 4.8 Perbandingan THD I antara hasill running menggunakan software ETAP dengan standar IEEE 519-1992... 55 Tabel 4.9 Perbandingan THD V antara hasill running menggunakan software ETAP dengan standar IEEE 519-1992... 56 xii
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Tiga komponen utama dalam penyaluran tenaga listrik... 6 Gambar 2.2 Kabel NYA... 9 Gambar 2.3 Kabel NYY... 10 Gambar 2.4 Kabel NYFGBY... 10 Gambar 2.5 Gelombang fundamental, gelombang harmonisa dan gelombang terdistorsi... 15 Gambar 2.6 Penurunan derajat tegangan pada jaringan yang disebabkan beban non linier... 15 Gambar 2.7 Bentuk spektrum harmonisa... 18 Gambar 2.8 Representasi jaringan distribusi dengan beban non linier... 19 Gambar 2.9 Aliran arus harmonik... 19 Gambar 2.10 Perubahan lintasan arus harmonik... 20 Gambar 2.11 Bentuk gelombang arus dan tegangan beban linier... 20 Gambar 2.12 Jenis beban non linier... 21 Gambar 2.13 Gelombang arus dan tegangan beban non linier... 21 Gambar 2.14 Arus yang diserap oleh beban non linier... 22 Gambar 2.15 Topologi penyearah tak-terkendali satu phasa... 23 Gambar 2.16 Topologi penyearah terkendali tiga phasa... 22 Gambar 2.17 Beban non linier... 24 Gambar 2.18 Gelombang terdistorsi... 25 Gambar 2.19 Tetahedron yang menyatakan hubungan antara daya S, P, Q dan D... 29 Gambar 2.20 Kurva arus dan tegangan pada beban linier... 30 Gambar 2.21 Rangkaian ekivalen feeder... 31 Gambar 2.22 Study toolbar pada ETAP... 33 xiii
Gambar 2.23 Study case editor pada ETAP... 34 Gambar 2.24 Info page pda ETAP... 34 Gambar 2.25 Plot page pada ETAP... 36 Gambar 2.26 Model page pada ETAP... 37 Gambar 3.1 Diagram alir (flowchart) alur analisis... 40 Gambar 4.1 Single line diagram Blue Point Bay Villa & Spa... 42 Gambar 4.2 Permodelan sistem jaringan Blue Point Bay Villa & Spa menggunakan ETAP... 52 Gambar 4.3 Hasil running analisis THD I dan THD V pada Blue Point Bay Villa & Spa... 53 Gambar 4.4 Spektrum harmonik... 54 Gambar 4.5 Bentuk gelombang... 54 xiv
DAFTAR SINGKATAN A AC ACB D DC ETAP F Hz IACS IEC IEEE I L I SC KW KWH KV KVA MDP n P PCC PF PHD Q R S SC ratio SC = 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 xvi
SDP SSDP SPLN THD THDi THDv TPF TV V VA W Z = Sub distribution panel = Subsub distribution panel = Standar perusahaan listrik negara = Total harmonisa distorsi = Total harmonisa distorsi arus = Total harmonisa distorsi tegangan = True power factor = Televisi = Volt = Volt ampere = Watt = Impedansi xvii
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1 Data Beban-Beban Non Linier dari Masing-Masing Kamar yang Disuplai setiap SDP1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5... 61 Lampiran 2 Data Beban-Beban Non Linier dari Kamar yang Disuplai oleh SDP 2.1, 2.2, 2.3... 63 Lampiran 3 Hasil Running THD I dan THD V pada ETAP... 74 Lampiran 4 Single Line Diagram pada Blue Point Bay Villa & SPA... 84 Lampiran 5 Permodelan sistem jaringan pada Blue Point Bay Villa & Spa menggunakan ETAP... 85 Lampiran 6 Hasil running analisis THD I dan THD V pada Blue Point Bay Villa & Spa... 86 xv